增强跨模态记忆编码前的θ波和α波振荡增加

背景介绍

情景记忆（episodic memory）是人类记忆的重要组成部分，其核心机制之一是通过不同感觉通道的刺激形成联想。然而，目前的理论认为，在跨模态（crossmodal）联想编码过程中，θ波（theta band，3-7 Hz）振荡的相位和功率起着功能性的作用。此外，若在刺激呈现前在θ波范围内（3-7 Hz）以及α波范围内（8-12 Hz）和低β波范围内（13-20 Hz）持续存在振荡活动，这对随后的记忆过程和认知处理有着调节作用。

研究课题

本研究旨在测试这样一个假设：前刺激的低频活动特性对成功形成跨模态记忆是相关的。研究设计特意用于独立于单个项目记忆而调查连带记忆。参与者需要记住视听刺激对并在随后的识别任务中分辨它们和重新排列的新配对。

论文来源

该研究由Jan Ostrowski和Michael Rose撰写，发表在”Scientific Reports”期刊上，属于2024年卷第7895篇文章。两位作者均来自汉堡-埃本多夫大学医学中心系统神经科学系（department of systems neuroscience, university medical center hamburg-eppendorf, hamburg, germany）。

研究流程简介

实验设计

在研究中，参与者（N = 51）需要记住一系列视听刺激配对，并在随后任务中区分它们。实验分为编码阶段、干扰任务和随后的识别阶段。参加实验的总人数为55名，最终有51名参与者的数据因数据质量等原因被纳入分析。

编码阶段

冰编码阶段，参与者需记住一系列同时呈现的视听配对的联想，之后进行识别测试。在编码过程中，半相关的视听刺激配对同时呈现，指示参与者判断这些配对是否与动物相关并全力记忆刺激对。

干扰任务

干扰任务要求参与者从100、115和125等数字以不同的步长倒数，目的是避免继续思考编码阶段的内容。

识别阶段

识别阶段重新呈现编码阶段的刺激配对及新的扰动配对，要求参与者判断记忆中的配对是否与之前相同。

主要结果

行为数据分析

参与者在编码任务中的准确率为92.48%，在识别任务中，平均击中率为52.98%，假阳性率为14.27%。d’值作为敏感度的衡量指标显示记忆表现显著高于偶然水平。

EEG数据分析

预处理

EEG数据采集采用60电极设置，并对数据进行高通滤波处理以取消低频波动。独立成分分析（ICA）用于识别和删除对应于眨眼及横向眼动等成分。

功率分析

功率分析发现，在编码阶段开始前和编码早期阶段（从-1s到0.9s），成功记住刺激的试次（rem）与未记住的试次（notrem）之间存在显著差异，且rem试次的θ波（3-7 Hz），α波（8-12 Hz）和低β波（13-18 Hz）振荡功率均显著高于notrem试次。

相位连接性分析

在相位基础的连接性分析中，针对不同电极间的功能性连接性进行分析，发现前刺激和后编码阶段的视觉和听觉区域之间的相位连接性在记住的试次和未记住的试次间没有显著差异。

提取结论

本研究证实了前刺激期间的θ波及α波的振荡功率提升有益于跨模态记忆的形成。此外，记忆表现d’值与前后刺激的θ波及α波振荡功率差异正相关，这表明θ波和α波的预刺激特征对成功编码具有功能相关性。但是，相位连接性的差异未能支持假设，指示仅θ波功率而非相位连接性对记忆形成起关键作用。

研究的意义和价值

本研究强调了theta波和alpha波在跨模态联想记忆中的作用，并指出前刺激期间的大脑状态对随后的处理有影响。通过探索不同频率段的振荡活动，研究提示这些部分协同作用于记忆的编码过程。进一步研究需要明确这些振荡和海马-皮质电合成中的相互关系，并探索其他相关振荡频段和脑区的协同作用。

研究亮点

1. Theta波和Alpha波对记忆形成的功能相关性：前刺激期间增加的θ波和α波振荡活动显著有益于跨模态记忆的形成。
2. 跨模态记忆编码的新视角：通过分析theta、alpha和beta波功率差异及其与记忆表现的关系，揭示跨模态关联记忆形成中的细微机制。
3. 多频段协同作用：theta频段可能调控跨模态信息结合，而alpha和beta频段可能分别在任务特异性抑制和语义处理阶段提供支持。

方法论探讨

该研究中采用了多步数据采集和处理流程，包括独立成分分析、高通滤波和时频分解等，确保了数据的精确性和可靠性。另外，结合ICC算法和非参数置换测试方法等，进一步提高了结果的科学真实性。