视觉空间模板也称为视觉工作记忆是一个能量有限的系统,负责暂时性存储、保持、处理视觉和空间信息。视觉信息包括空间和客体两方面,进而出现空间工作记忆(spatial working memory,SWM)和客体工作记忆(object working memory,OWM)的划分。所谓客体是指现实中存在的各种物体,如建筑物、几何图形、面孔等。客体都是由颜色、形状、纹理、方位等不同维度特征的视觉信息组合而成。空间工作记忆是对空间信息,比如物体所在的位置和顺序暂时性的保存,并不涉及到物体的具体属性。研究者通过许多实验范式考察工作记忆。N-Back范式是在工作记忆领域应用最为广泛的实验范式。随着大脑影像技术的发展,人们对空间工作记忆背后的认知神经机制进行了大量的研究。研究发现空间工作记忆往往与视觉背侧通路的背外侧前额叶皮层(dorsal lateral prefrontal cortex,DLPFC)、后顶叶皮层(posterior parietal cortex,PPC)等脑区活动的强弱有关。以往研究大多是通过任务态的方法来考察空间工作记忆的相关的脑区。Konstantinou等人使用延迟反应范式探究了空间工作记忆的结构基础,通过多体素形态学的分析发现空间工作记忆能力与额中回和双侧顶叶的灰质密度(grey matter density,GMD)密切相关。在精神分裂症患者的研究中发现其空间工作记忆能力的受损主要与前额叶区域内的灰质体积(grey matter volume,GMV)减少有关。但针对空间工作记忆大脑结构研究依然较少且不深入。那么是否可以通过形态学分析来探讨背外侧前额叶皮层,后顶叶皮层等背侧通路的关键脑区的结构基础对空间工作记忆作用呢?很多的研究指出空间工作记忆中存在性别差异。相关的任务态的研究表明在空间工作记忆任务中男女之间大脑激活区域存在差异,很少有研究从结构的角度去探究空间工作记忆中性别差异相关的特异性脑区。为此,本研究基于形态学分析考察了与空间工作记忆能力相关密切的灰质皮层,并结合静息态功能连接方法以及多体素模式识别的机器学习方法来考察关键脑区对空间工作记忆的作用。进一步采用ANOVA分析探究空间工作记忆中性别差异相关的特异性脑机制。其次,很多的研究指出情绪状态对空间工作记忆产生影响。焦虑是以内心混乱的不愉快状态为特征的一种情绪,是生活中常见的情绪状态。关于焦虑对工作记忆的影响,Eysenck和Calvo提出的加工效能理论(processing efficiency theory,PET)认为焦虑会对中央执行系统和语音环路产生影响,但并不会对视觉空间模板产生影响。相关的一些研究结果支持了该理论。Hadwin等人的研究结果表明高低状态焦虑组的个体在中央执行系统和语音环路相关任务上的操作成绩(正确率)上不存在显著差异,但在加工效能(反应时)上存在显著差异。且高低焦虑组被试在空间工作记忆任务中的操作成绩和加工效能上都没有显著差异。然而也有很多的研究结果指出焦虑会降低个体在空间工作记忆上的表现。Lavric等的研究指出由威胁诱发的焦虑,当焦虑水平越高时被试在空间工作记忆任务上的表现将会变得更差。鉴于此,本研究也将对空间工作记忆是否会受到焦虑的影响进行相应的探讨。实验1利用基于形态学分析方法,并结合静息态功能连接以及多体素模式识别方法主要考察了空间工作记忆的结构基础。并将进一步从结构的角度,采用ANOVA分析探究空间工作记忆中性别差异相关的特异性脑区。实验1的结果表明:额中回(BA46,即背外侧前额叶皮层)和颞中回(middle temporal gyrus,MTG)的灰质密度与个体的空间工作记忆能力相关,其中右侧额中回与左侧额上回(superior frontal gyrus,SFG)、右侧辅助运动区(supplementary motor area,SMA)之间的功能连接强度与空间工作记忆能力显著正相关。利用机器学习的方法发现把上述关键脑区作为一种区分个体空间工作记忆能力高低的生理学标记是可行的。即右侧额中回的灰质密度能预测个体的高空间工作记忆能力。在空间工作记忆中,男性相比于女性其右侧梭状回(fusiform gyrus)和左侧额中回具有更大的灰质密度;女性相比于男性其右侧额中回和左侧颞中回等脑区具有更大的灰质密度。这些结果表明:空间工作记忆的背后存在大脑结构基础的差异,其中右侧背外侧前额叶皮层是重要的空间工作记忆脑区;男女在空间工作记忆中存在相对特异性结构机制。实验2主要考察不同焦虑水平对空间工作记忆的影响。依据被试在《状态焦虑量表》(State Anxiety Inventory,SAI)上得分的高低进行分组,采用独立样本t检验考察了焦虑对空间工作记忆的影响。结果发现:不同焦虑水平的个体在空间工作记忆任务上的表现不存在显著的差异,具体来讲就是在空间工作记忆的操作成绩(正确率)、加工效率(反应时)上高低焦虑组之间没有显著的差异。综上所述,本研究可以得出以下结论:一、右侧额中回的灰质密度能显著区分空间工作记忆能力较高的人群;且其与额上回、辅助运动区间的功能连接强度与空间工作记忆能力相关,表明额中回、额上回和辅助运动区在空间工作记忆中具有非常重要的作用;空间工作记忆中男性的右侧梭状回和左侧额中回中具有更大的灰质密度,女性的右侧额中回和左侧颞中回等脑区具有更大的灰质密度。表明男女在空间工作记忆中存在相对特异性结构基础。二、焦虑不影响个体在空间工作记忆任务上的操作成绩(正确率)和加工效能(反应时),当然这可能是由于本研究中高焦虑被试并不具有很高的焦虑得分,因此并未得到高低焦虑组被试间显著的行为表现上的差异。