双重任务下直立姿势控制与空间工作记忆刷新功能的相互干扰研究：来自行为和fNIRS的证据

发布时间：2020-05-31 19:42

【摘要】：背景:以往的研究认为姿势控制作为大脑全面信息处理系统的一部分,与认知过程(尤其是空间记忆)相互影响,提示相对于非空间记忆,空间记忆与姿势控制的关系会更加密切。然而先前研究所选取的认知任务(空间/非空间工作记忆)自有的差异过大,使得空间和非空间工作系统间的直接比较显得比较困难。因此,在探索姿势控制与空间/非空间工作记忆相互影响的认知机制以外,为直接探明相关的神经机制,本研究还结合了近红外光谱功能成像技术(fNIRS),采用对物理特征相同的刺激的空间或非空间特征进行记忆的3-back工作记忆任务,结合直立姿势控制任务(双任务范式),探索空间/非空间工作记忆任务与姿势控制之间的复杂相互作用。方法:18名视力正常或矫正视力正常、身体BMI指数正常的在校学生参与了这项实验(其中一名女性被试的数据由于认知任务中极低的正确率(低于80%)而被剔除,最后剩17人的数据)。研究结合fNIRS,测量被试在单认知任务与认知-直立姿势控制双任务条件下,分别完成空间与非空间3-back工作记忆任务时,前额和双侧顶叶的含氧血红蛋白(HbO)浓度,同时记录被试完成工作记忆任务的行为反应。直立姿势控制任务则选择了线形步睁眼姿势站立,并使用了Super Balance平衡仪记录了身体重心的位移情况。结果:(1)对工作记忆任务相关的行为反应指标以及[HbO]数据进行了2(工作记忆任务类型:空间/非空间任务)×2(任务数目条件:单认知任务/双任务)的重复测量方差分析,发现:双任务条件下,空间工作记忆任务的辨别力显著低于认知单任务条件,而在非空间工作记忆方面并无类似差异;此外,双任务条件下,被试完成空间工作记忆任务时,左半球额-顶网络的HbO浓度有显著低于单认知任务下的趋势,揭示该区域大脑神经活动减弱,而对非空间工作记忆任务并无类似差异。(2)对反映直立姿势控制的COP动摇外周面积、动摇总轨迹长和平均摆速等指标,在双任务条件(分别考察空间工作记忆任务以及非空间工作任务)与直立姿势控制任务条件间利用配对样本t检验进行了比较发现:在双任务-空间条件下的COP动摇总轨迹长和平均摆速较之直立姿势控制条件有显著增加的趋势。而对于双任务-非空间条件,在这两项指标上均未发现与直立姿势控制条件下的显著差异。结论:行为学数据和fNIRS数据均证明直立姿势控制与工作记忆存在选择性相互作用:直立姿势控制与空间工作记忆之间的相互作用更明显。相比非空间工作记忆,空间工作记忆与姿势控制共用了更多的认知资源。
【图文】：

图 1| 3-back 工作记忆任务实验流程图 a. 非空间 3-back 任务 第一个箭头表示第 1 个刺激出现，实验开始，被试开始记忆；后一个箭头表示第 4 个刺激出现，自此被试需要对该刺激及随后出现的刺激依次进行判断并做出按键反应。如果第 n 个试次与第 n-3 个试次中呈现的刺激为同一个字母（区分大小写），而不用管两者呈现位置如何，则为匹配试次；出现其他字母 则为不匹配试次。b. 空间 3-back 任务 如果第 n 个试次（n≥4）与第 n-3 个试次中呈现的刺激呈现在相同的位置，而不去管两者是否为同一个字母，则判断为匹配；处在其他位置则为不匹配试次。实验任务分为空间任务（位置匹配）和非空间任务（字母匹配）。上述实验材料中同时纳入字母的大小写形式，是为了尽量减少被试在字母匹配任务中依据字母的发音特征做出判断，被试因而需要依据字母的构型特征做出相应的判断。各实验任务中，被试对前三个试次不需要做出任何反应。自第四个试次开始，被试需要对当前刺激与之前呈现的倒数第三个刺激在位置（空间任务）或者字母的构型（非空间任务）特征上进行比对。非空间任务要求被试判断第 n 个试次（n≥4）与第 n 减三（n-3）个试次中呈现的刺激是否为同一个字母（区分大小写），而不用管两者呈现位置如何；空间任务则要求被试判断第 n 个试次（n≥4）与第n-3 个试次中呈现的刺激呈现的位置是否相同，而不用管两者是否为同一个字母。

被试直立姿势控制能力是在安静环境下通过Super Balance平衡仪（北京奥美之路公司）加以测量的。被试接受的是线形步站立睁眼姿势的测量，被试需要赤足站立在平衡仪示意的站立区上（见图2），一脚的脚趾抵住前一只脚的脚跟直立并保持平稳的状态，双手自然地下垂，双眼平视前方，呈自然的站立状态。由仪器记录单位时间内COP移动轨迹的时间序列数据，采样频率为100Hz。测试完毕后，选择仪器输出的COP动摇外周面积、动摇总轨迹长和平均摆速作为直立姿势控制任务绩效的度量，并用于随后的统计分析。图 2| 被试站姿示意图（线形步姿势） 被试赤足站立在平衡仪表示的站立区上，一脚脚趾抵住另一脚脚跟站稳。4.4 双任务范式实验程序实验采用双任务范式，被试需同时完成直立姿势控制任务和 3-back 工作记忆任务。当被试前方屏幕开始呈现 3-back 工作记忆任务视觉刺激的同时
【学位授予单位】：上海体育学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：B842.3

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本文编号：2690368