本文關(guān)鍵詞：當(dāng)工作記憶負(fù)載達到容量極限時多通道腦電的因果連接

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【摘要】：研究目的工作記憶(Working Memory,WM)是重要的認(rèn)知功能之一,當(dāng)工作記憶負(fù)載增加到容量極限時,行為學(xué)錯誤增加。為什么達到容量極限以后工作記憶功能下降是神經(jīng)科學(xué)關(guān)注的重要問題。本論文從神經(jīng)信號因果連接的角度,以健康受試者在不同工作記憶負(fù)載下的因果連接為研究對象,研究當(dāng)工作記憶負(fù)載增加,直至容量極限時,多通道腦電(multi-channel electroencephalographs,EEGs)因果連接的變化規(guī)律,為研究工作記憶容量極限的腦網(wǎng)絡(luò)機制提供支持。研究方法1.實驗數(shù)據(jù):16名健康受試者,年齡在19-30歲,分別記錄每名受試者在視覺工作記憶模式下負(fù)載從1到6的32通道EEGs和工作記憶行為學(xué)數(shù)據(jù),每個工作記憶負(fù)載下16名受試者共208次實驗數(shù)據(jù)。2.工作記憶行為學(xué)的分析:16名受試者在工作記憶負(fù)載1-6的反應(yīng)時間、正確率,計算工作記憶容量極限。3.數(shù)據(jù)預(yù)處理:去除原始EEGs中的基線漂移、工頻干擾、垂直和水平眼電造成的偽跡等。4.時頻與空間分布分析:應(yīng)用短時傅里葉變換對每個通道EEG進行時頻分析,研究工作記憶的關(guān)鍵通道和特征頻段。提取特征頻段分量。計算特征頻段能量的空間分布。5.計算工作記憶EEGsθ頻段的定向傳遞函數(shù)(directed transform function,DTF):基于多變量頻域Granger因果分析方法,分別計算16名受試者在工作記憶負(fù)載為1-6時工作記憶任務(wù)中,EEGsθ頻段分量的定向傳遞函數(shù)DTF。6.構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò),計算因果連接強度:基于DTF矩陣構(gòu)建的因果網(wǎng)絡(luò),計算全腦的因果連接強度(DTFglobal);計算3個腦區(qū)(額區(qū)、中央?yún)^(qū)、頂區(qū))內(nèi)部、3個腦區(qū)之間的因果連接強度;計算因果連接強度的空間分布。7.統(tǒng)計學(xué)分析:采用單因素方差分析方法,分析工作記憶負(fù)載1-6下16名受試者的208次實驗結(jié)果之間的差異,組間兩兩比較采用Student Newwan Keuls檢驗。研究結(jié)果1.工作記憶負(fù)載1-6的行為學(xué)結(jié)果工作記憶負(fù)載1到6的反應(yīng)時間分別為:388.04±13.26 ms、476.99±6.89 ms、566.99±16.42 ms、643.08±9.69 ms、725.59±39.03 ms、803.48±29.78 ms(p0.001)。工作記憶負(fù)載1到6的行為正確率分別為:97.78±0.94%、96.95±1.11%、95.77±0.51%、95.83±1.48%、85.56±2.17%、83.75±2.13%(p0.001)。16名受試者的平均工作記憶容量極限為4.13±0.15。2.工作記憶負(fù)載1-6的EEGs時頻與能量的空間分布在工作記憶延遲階段,EEGs的能量主要集中于θ頻段(4-8 Hz),主要集中于額葉,θ頻段的能量會隨著工作記憶負(fù)載從1到4而增加,負(fù)載從4到6而趨于平穩(wěn)。3.工作記憶負(fù)載1-6的EEGsθ頻段的因果連接3.1因果矩陣當(dāng)工作記憶負(fù)載從1增加到4時,額-頂區(qū)和額區(qū)內(nèi)部的因果連接增強,當(dāng)工作記憶負(fù)載超過容量極限,從4到6時,因果連接減弱。3.2因果連接強度全腦的因果連接強度DTFglobal:工作記憶負(fù)載從1到6分別為0.0136±0.0007、0.0143±0.0005、0.0148±0.0004、0.0154±0.0004、0.0144±0.0006、0.0135±0.0005(p0.001),工作記憶負(fù)載從1到4時,DTFglobal增加,在工作記憶負(fù)載為4時達到最大,工作記憶負(fù)載從4到6時,DTFglobal減小。額區(qū)內(nèi)部的因果連接強度DTFFF:工作記憶負(fù)載從1到6分別為0.0182±0.0021、0.0197±0.0018、0.0213±0.0018、0.0276±0.0029、0.0236±0.0022、0.0236±0.0023(p0.001),工作記憶負(fù)載從1到4時,DTFFF增加,在工作記憶負(fù)載為4時達到最大,工作記憶負(fù)載從4到6時,DTFFF減小。當(dāng)工作記憶負(fù)載從1增加到6時,中央?yún)^(qū)、頂區(qū)內(nèi)部的因果連接強度DTFCC、DTFPP均無顯著變化(p0.05)。工作記憶負(fù)載從1到6時額區(qū)到中央?yún)^(qū)、額區(qū)到頂區(qū)的因果連接強度(DTFCF、DTFPF)。DTFCF:工作記憶負(fù)載從1到6分別為0.0147±0.0017、0.0148±0.0019、0.0155±0.0017、0.0195±0.0025、0.0174±0.0019、0.0169±0.0018(p0.001)。DTFPF:工作記憶負(fù)載從1到6分別為0.0112±0.0018、0.0128±0.0019、0.0136±0.0020、0.0186±0.0024、0.0156±0.0020、0.0153±0.0018(p0.001)。DTFCF、DTFPF呈現(xiàn)出相同的趨勢:在工作記憶負(fù)載從1到4時增加,在工作記憶負(fù)載為4時達到最大,在工作記憶負(fù)載從4到6時減小。3.3因果連接的空間分布:最強的因果連接主要集中于額葉中線區(qū)(Fz通道),且會隨著工作記憶負(fù)載改變。結(jié)論1.從行為學(xué)結(jié)果計算,工作記憶容量極限為4,負(fù)載從4開始,行為學(xué)正確率顯著下降。2.工作記憶的特征頻段為θ頻段,θ頻段能量分布的關(guān)鍵腦區(qū)為額區(qū)。3.工作記憶EEGsθ頻段在額區(qū)、額區(qū)到頂區(qū)之間存在明顯的因果連接;工作記憶負(fù)載從1到4時因果連接增強,在容量極限達到最大值,當(dāng)工作記憶負(fù)載超過容量極限時因果連接下降。因此,在達到容量極限以后,神經(jīng)信號的DTF下降,網(wǎng)絡(luò)的連接下降是工作記憶行為學(xué)錯誤增加的機制。
【關(guān)鍵詞】：工作記憶 工作記憶負(fù)載 容量極限 多通道腦電 定向傳遞函數(shù) 因果網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R318.04
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-13
• 縮略語/符號說明13-14
• 一、前言14-20
• 1.1 研究背景14-18
• 1.1.1 工作記憶與阿爾茨海默病14-15
• 1.1.2 視覺工作記憶范式15
• 1.1.3 工作記憶負(fù)載與容量極限15-16
• 1.1.4 工作記憶的腦網(wǎng)絡(luò)機制研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2 研究目的18-19
• 1.3 研究內(nèi)容19
• 1.4 研究的創(chuàng)新點19-20
• 二、原理與方法20-30
• 2.0 視覺工作記憶多通道EEGs實驗數(shù)據(jù)21-23
• 2.0.1 實驗對象21
• 2.0.2 視覺工作記憶范式與實驗設(shè)計21-22
• 2.0.3 多通道EEGs的采集與預(yù)處理22-23
• 2.1 行為學(xué)分析23-24
• 2.1.1 反應(yīng)時間和行為學(xué)正確率23-24
• 2.1.2 容量極限的計算24
• 2.2 多通道EEGs能量的空間分布和時頻分布分析24-26
• 2.2.1 能量的空間分布分析24-25
• 2.2.2 能量的時頻分布分析25-26
• 2.3 工作記憶EEGs特征頻段的DTF26-29
• 2.3.1 頻域Granger因果分析方法26-27
• 2.3.2 定向傳遞函數(shù)（Directed Transform Function, DTF）27-28
• 2.3.3 基于DTF構(gòu)建因果網(wǎng)絡(luò)28-29
• 2.4 統(tǒng)計學(xué)處理方法29-30
• 三、結(jié)果30-47
• 3.1 工作記憶負(fù)載 1-6 的行為學(xué)結(jié)果30-31
• 3.2 工作記憶負(fù)載 1-6 的EEGs能量的空間分布和時頻分布31-34
• 3.2.1 能量的空間分布31-33
• 3.2.2 能量的時頻分布33-34
• 3.3 不同工作記憶負(fù)載下的EEGs θ 頻段的因果連接34-47
• 3.3.1 DTF矩陣34-38
• 3.3.2 整個腦區(qū)DTF38-40
• 3.3.3 額區(qū)、中央?yún)^(qū)、頂區(qū)內(nèi)部、之間的DTF40-47
• 四、結(jié)論與討論47-51
• 4.1 結(jié)論47
• 4.2 討論47-51
• 4.2.1 工作記憶行為學(xué)錯誤實驗的因果連接47-48
• 4.2.2 視覺工作記憶范式對DTF的影響48-49
• 4.2.3 工作記憶因果源與因果匯49-51
• 參考文獻51-57
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明57-58
• 綜述58-68
• 綜述參考文獻68-74
• 致謝74

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