基于脑电θ波特征信息分析的大脑前额皮质在字母工作记忆中作用的研究

通过前额皮质脑电θ波段（4～8 Hz）特征信息的分析,揭示大脑前额皮质在字母工作记忆过程中“信息保持与回忆”阶段作用的地位与机制.采集15名被试在3字母、5字母、7字母的不同记忆负荷下,工作记忆实验中头皮脑电图信号（EEG）,并使用Morlet小波分解方法提取出各电极上的θ波段信号.在能量分析方面,采用Welch功率谱密度计算平均功率,采用短时傅里叶变化（STFT）进行时频分析;在相关性分析方面,采用基于电极间功率谱的相关系数进行相关性分析,采用电极间同步锁相值（PLV）进行相位同步性分析.分析比较不同记忆负荷下,前额皮质与顶叶、中叶等脑区θ波段脑电信号的特征信息,并对结果进行配对t检验和单因素方差分析F值检验.结果表明,随着记忆负荷的增加,前额皮质（电极：Fp1、Fp2、F3、Fz、F4）θ波能量相对于中央叶（电极：C7、C3、Cz、C4、C8）和顶叶（电极：P7、P3、Pz、P4、P8）有显著上升（P＜0.05）.在低字母记忆负荷下,左右脑同侧脑区前额叶-中央叶（F3-C3、F4-C4）、前额叶-顶叶（F3-P3、F4-P4）的相关系数相似.但随着记忆负荷的增加,右脑的脑区相关系数相对于左脑有明显上升.相位同步性方面,随着记忆负荷的增加,右脑前额叶-中央叶（F4-C4）和前额叶-顶叶（F4-P4）相对于左脑的相位同步性明显增强,锁相比值（PLV）显著上升（P＜0.05）.在工作记忆的“信息保持与回忆”阶段,大脑前额皮质的活跃程度和信息交流明显高于中叶和顶叶皮质,可能起到兼有自身记忆信息储存与保持、执行调用其他皮质信息的多功能重要作用.随着记忆负荷的增加,大脑将自主调用更多右脑皮质参与工作记忆,并从理性逻辑记忆模式,转化为感性形象记忆模式以提高工作效率.