记忆与执行功能及有关精神健康的认知神经科学研究

中国科学技术大学1999年建立了脑功能与医学成像联合实验室, 其主要研究方向是:以认知心理学、脑功能成像(fMRI、ERP)等认知神经科学的方法,研究高级认知功能(工作记忆、选择性注意、执行控制、决策等);及相关的认知障碍和精神健康,如老年人和神经内分泌疾病病人的记忆功能、网络游戏成瘾等.在这些方面已经获得了一些有意义的结果. 今后将进一步关注积极心理学中的重要问题,如情绪及幸福感的认知神经机制等.     

视听工作记忆的相位同步与跨频耦合研究

为了深入了解视听工作记忆中的神经机制和节律耦合规律,采集了视听工作记忆任务脑电数据,通过时频分析确定关键节律及核心电极,并使用多变量模式分析确定关键时间段。theta相位同步在记忆呈现期至关重要,其中额颞叶同步参与听觉记忆,额顶叶同步参与视觉记忆,而theta和alpha的跨频耦合只在特定记忆模态的相关脑区有显著增强。工作记忆任务相关脑区通过远端theta同步协调中央执行功能,alpha同步协调记忆存储缓冲功能,theta-alpha耦合整合不同模态功能间的信息,揭示了视听模态工作记忆的部分神经机制。     

抑制机制在词汇加工过程中的作用

抑制是指阻止无关信息进入或保持在工作记忆中，且使无关信息在总体上不损害认知加工的一种主动压抑过程。抑制受损将导致无关信息的激活、保持与提取，从而影响对有关信息的加工。在语言理解中抑制机制起着非常复杂而关键的作用，它影响着记忆容量和理解效率。     

基于工作记忆内容的注意:儿童与成人的比较研究

选取10名小学儿童(7~8岁)和10名大学生(19~27岁)作为被试,采用"工作记忆+视觉搜索"的双任务实验范式,探讨儿童与成人基于工作记忆内容的视觉注意的异同.实验要求被试在工作记忆保持阶段完成一个视觉搜索任务,结果发现儿童与成人均表现出基于工作记忆内容的注意:相对于中性条件来说,工作记忆内容与干扰项匹配会显著降低成人被试的搜索绩效,而工作记忆内容与目标匹配会显著提高儿童被试的搜索绩效.研究结果表明,尽管儿童和成人都表现出了基于工作记忆内容的视觉注意,但儿童较成人能更好地运用该注意机制以提高视觉搜索绩效且受其不利影响较少.     

时间加工的神经基础

时间是我们生存的基本维度,理解时间加工的神经基础对于感知觉、运动控制等领域有重要意义.本文通过综述相关研究总结了毫秒级和秒级时间加工的神经基础,从目前的研究成果来看,时间加工的神经基础是分布式的而非集中式的,主要在小脑、基底神经节和大脑皮层进行.目前还未有理论能统一解释时间加工的机制,未来研究还需深入对时间加工的机制的探讨.     

工作记忆对二语学习者书面产出的限制作用

1．引言 自20世纪70年代起，工作记忆，作为认知心理学的主要内容，后被Service（1992）和Skeha（1998）引入到了二语习得的研究之中。在短时记忆研究的基础上，Baddeley（1974，1986）等人把工作记忆定义为对信息的暂时储存和加工的记忆系统。与短时记忆不同，工作记忆不但强调对信息的储存功能，还包括对信息的加工功能。     

基于电生理的脑网络研究报告

电生理信息(EEG、局部场电位、神经元单位放电)和血液与代谢信号(f MRI)提供了神经活动的明显不同、但又相互紧密耦合的不同方面的信息。脑电/电生理对发生在毫秒量级的瞬态神经活动敏感,可以动态地揭示脑功能活动的动态连接性。由于EEG和f MRI信号的产生机理不同,决定了EEG/f MRI两种技术在时-空两方面具有互补性。通过信息融合将两种技术的优点进行集成是一个受到高度关注的研究策略。该研究重点关注电生理的脑网络分析方法,同时考虑电生理与fM RI信息的融合问题,并将发展的新技术方法用于临床神经精神疾病的脑机制研究。成功建立了精神分裂症猕猴模型,为该研究应用发展的数据处理方法在疾病模型上的验证研究奠定了基础;在多模态信息融合方面,提出了借助经验Bayes理论,实现EEG-f MRI信息并集的网络融合方法;基于颅内电生理技术,发现了产生SSVEP信号的网络机制。     

工作记忆理论模型演变及其应用

工作记忆是一种对信息进行暂时加工和贮存的能量有限的记忆系统。本文在分析工作记忆理论模型演变过程的基础上,探讨工作记忆对阅读理解,写作,数学问题解决等复杂认知活动中的作用,从而深入挖掘工作记忆研究的实际应用价值。     

抑郁症患者工作记忆与血清微量元素相关性

目的:探索抑郁症患者工作记忆损害及其与血清微量元素的关系.方法:采用数字广度、数字2-back、视觉再生及数字-符号转换测试方法,评估30例符合美国精神障碍统计与诊断手册第4版(DSM-IV)诊断标准的抑郁症患者(患者组)和30例健康志愿者(对照组)的工作记忆,同时,检测两组研究对象的血清钙、磷、镁、铜、锌和铁六种微量元素与工作记忆之间的相关性.结果:抑郁症患者数字广度(顺背、倒背、总分)、数字2-back(正确率、反应时)和数字-符号测试成绩显著低于正常对照组(P0.05),差异有统计学意义;抑郁症组血清中铜含量明显高于对照组,差异具有显著性(P0.05);数字2-back任务正确率和视觉再生测验得分与镁离子含量呈正相关;数字-符号测验得分与铜离子含量呈正相关;视觉再生测验得分与锌离子含量呈负相关.其他工作记忆测试成绩与离子无相关.结论:抑郁症患者确实存在工作记忆的缺陷,主要体现在工作记忆容量变小,言语工作记忆及中央执行系统功能受损;且抑郁症工作记忆损害可能与血清微量元素锌、铜、镁离子浓度密切相关.     

前瞻记忆动态多重加工理论:一种新的加工机制模型

事件性前瞻记忆是指在未来某一特定外部事件发生时去执行先前意向任务的记忆.前人研究主要集中于对事件性前瞻记忆完成过程中信息加工和提取的探讨,关注信息加工过程是自动加工、控制加工还是两者的结合,但未关注加工过程中的变量与自动加工相关还是控制加工相关,近年提出的动态多重加工理论认为线索驱动和策略加工过程两者形成一种动态相互作用的过程,这一观点在有关前瞻记忆加工过程的实验研究中得到了支持.     

基于复杂网络构建与分析技术的语音响度差异神经处理机制研究

相关分析能够找出研究现象之间的依存关系、相关方向以及相关程度,可以发现大数据集里隐藏的关联网络.本文面向语音响度变化认知问题,提出“差异度”的概念,利用相关分析构建大脑功能的复杂网络,探索深层的神经处理机制与脑认知新规律.提出一种短时窗分析方法,构建不同认知阶段的脑网络;基于不同刺激下节点度的拓扑特征,构建基于差异度的脑地形图,实现脑区之间数据关系的可视化表达和动态演化过程表达.结果发现,前额叶、右额颞区和右后颞区分别在听觉处理的早期、中期和晚期对声音响度变化具有显著响应.研究表明脑复杂网络构建与分析技术可以成为研究神经处理机制与认知规律的有效工具.     

特定与非特定计时的认知和神经机制

特定与非特定计时机制一直是人类时间加工的两类假说,这两者在认知和神经层面具有各自的内涵和表现形式.新近研究表明:从认知层面看,特定计时系统说假定人类时间加工存在一种专门认知计时机制;非特定计时系统说认为人类时间加工不需要专门计时机制,而是通过对其他信息加工产物的分析获得.支持前者的认知模型主要涉及内部时钟模型、时间信息加工模型、注意阀门模型、资源分配模型及双滴水钟模型等;支持后者的认知模型主要有存储容量模型、变化/分割模型、背景变化模型、记忆痕迹模型等.从神经层面看,特定计时系统说主张特定的神经区域具有独特的表征时间信息的能力,当需要进行此类加工时该系统就会起作用;非特定计时系统说强调时间表征是源于内部的一种动态非特定神经机制,是基于感觉加工的激活数量或者神经元网络空间激活模式.支持前者的神经模型主要涉及特异化计时模型和分布式网络计时模型;支持后者的神经模型主要有状态依赖网络模型和能量读数模型.未来应该在更宏观的背景下探讨两类假说的相关问题,即实证研究的开展领域应该广泛化;理论模型的建构视角应该多元化;两类假说在认知和神经层面的内涵应该区分开.     

社会认知神经科学关于自我的研究

过去 10 年间, 神经科学运用脑成像技术, 如功能性磁共振成像( functional magnetic resonance imaging, fMRI) 和事件相关电位( event-related potentials, ERP), 开始了在社会认知神经科学领域关于自我的研究, 并取得重要进展。作者首先回顾了重要的研究成果, 包括自我参照加工的神经机制、关于自我的自动加工与控制加工的区分以及文化对自我结构相关脑区的影响; 然后从实验范式、自我和他人的差别以及我国文化神经科学研究现状 3 个角度, 探讨了未来的研究方向。     

社会认知神经科学关于自我的研究

过去10年间,神经科学运用脑成像技术,如功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)和事件相关电位(event-related potentials,ERP),开始了在社会认知神经科学领域关于自我的研究,并取得重要进展。作者首先回顾了重要的研究成果,包括自我参照加工的神经机制、关于自我的自动加工与控制加工的区分以及文化对自我结构相关脑区的影响;然后从实验范式、自我和他人的差别以及我国文化神经科学研究现状这3个角度,探讨了未来的研究方向。     

空间符号的保持与加工过程的关系

考察空间符号在工作记忆中的保持过程是否受同时进行的加工过程的影响。要求被试保持表征4架飞机航向与位置的空间符号,同时执行视觉、空间或联合特征3种加工任务,并系统操纵了加工任务的认知负荷。结果表明：联合特征加工条件下的空间符号保持效率最低,空间加工条件下的空间符号保持效率其次,视觉加工条件下的空间符号保持效率最高,而且联合特征加工的负荷对空间符号保持效率的影响显著大于空间加工负荷的影响。工作记忆中加工过程对空间符号的保持过程既有依赖材料性质的特异性影响,亦有独立于材料性质的一般性影响。     

基于复杂网络的信号检测与传递

近年来,关于复杂网络的研究已取得了长足的进展,且将复杂网络理论应用于其他学科的研究正方兴未艾.本文简要介绍复杂网络理论在信号检测与传递方面的一些初步研究进展,主要关注三方面的研究成果:(1)复杂网络上的信号放大;(2)与复杂网络有关的信号检测;(3)复杂网络上的自维持振荡.这些阶段性的研究成果从复杂网络的新角度加深了我们对神经元网络宏观动力学行为的微观机制的理解,并有助于刻画信息传递从神经元物理网络向脑功能网络的过渡.     

由基因调控网络数据分析揭示振荡斑图的功能结构

自然和社会系统的许多实际问题都可以用复杂网络动力学来描述,特别是生物网络和社会网络的应用最为广泛.人们已经积累了各种网络行为的大量数据,如何提出合理的物理思想和有效的数学方法来分析这些数据、从中提取有用的信息;从这些信息出发,理解在许多实际过程中由复杂的网络拓扑结构产生的简单动力学关系,并辨识支持各种网络动力学行为的自组织结构,是一个重要的课题.本文综述了其中一种研究方法.以生物学基因调控网络(Gene Regulatory Network,GRN)为研究对象,提出了一种功能权重(Functional Weight,FW)计算方法.通过FW方法定量计算在GRN的振荡动力学中不同调控作用(称为作用边)的重要性.进一步研究发现在各种GRN中这种FW的分布普遍极不均匀,绝大部分作用边具有很小权重(弱作用边),只有少数边具有大的权重(强作用边).而这些强作用边构成的子网络比原网络简单得不可比拟,但它们揭示了网络节点之间的相互作用关系并控制着整个网络的动力学行为.由这些强作用边构成的网络,我们可以辨识GRN的功能骨架和振荡核心子网络.振荡核心起到网络振荡源的作用,而振荡骨架则成为网络中信号传播的主要路径.FW方法可以广泛应用到不同尺寸、不同调控规则(AND,OR等形式)和不同动力学行为(周期振荡、混沌动力学和暂态过程)的GRNs,并且由FW分析出发我们可以对GRN动力学进行有效调控.     

工作记忆与英语阅读之间关系的评估

本文从工作记忆特点及其对阅读理解的影响出发,分析了两者之间的关系,并指出工作记忆能力的高低极大地影响着阅读者储存和加工信息的能力。文章最后提出了相关研究对英语阅读教学的启示。     

工作记忆编码腹侧海马和内侧前额叶皮层局部场电位信号的相位同步分析

研究比较大鼠在静息状态下和工作记忆编码阶段腹侧海马和内侧前额叶皮层局部场电位相位同步的变化,分析相位在工作记忆任务相关信息处理中的作用机制。研究数据为6只SD大鼠静息状态和执行Y迷宫空间工作记忆任务时采集的腹侧海马和内侧前额叶皮层的局部场电位信号,计算两个脑区局部场电位信号之间的加权相位滞后指数值。研究结果表明,与静息状态相比,在工作记忆编码阶段,腹侧海马和内侧前额叶皮层之间的相位同步性在theta频段选择性地并且显著性地增加。腹侧海马和内侧前额叶皮层theta频段的相位同步是工作记忆编码阶段任务信息处理的一个作用机制。     

心理理论神经机制研究中的整合

从脑与理论两个方面系统地介绍了过去心理理论神经机制探索领域中已获得的趋于统一的研究成果,目的在于为将来的研究提供一个可参考的依据.从研究结果可以看出,心理理论生理机制的探讨主要集中在额叶和颞叶皮层,领域中现有的两个理论双加工成分说和拟化理论,双方在神经机制上出现了惊人的统一性.