基于rTMS的大脑信息存储过程关联脑区的EEG研究

发布时间：2018-01-07 22:11

  本文关键词：基于rTMS的大脑信息存储过程关联脑区的EEG研究　出处：《北京协和医学院》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 工作记忆 信息保持 EEG信号 rTMS 记忆负荷

【摘要】：工作记忆(Working Memory, WM)是大脑在执行认知任务过程中对信息进行暂时贮存和加工的资源有限记忆系统,可以分为信息编码、信息保持、决策判断等几个功能。其中,大脑信息的保持完全是大脑内活动,不涉及外部信息输入。研究记忆保持阶段的脑部活动,可以揭示信息传递所涉及的脑区以及脑区间协同作用的情况。本研究使用重复性经颅磁刺激(Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS)干预关键脑区的方法,结合脑电图(Electroencephalography, EEG)采集受试者脑电信号,通过提取相关频段脑电信号的能量和相位等特征量,研究大脑信息保持阶段的所涉及的脑区活动以及脑区间的连接情况；比较左右脑区的脑活动,重点关注任务脑侧顶叶皮质活动情况；探讨rTMS刺激在“信息保持”阶段对脑侧顶叶的作用。本研究中,首先为了确定与“信息保持”有关的脑区,采用了不同记忆负荷的实验范式,在确定与“信息保持”有关的脑区后,再次使用不同记忆负荷的实验范式,在“信息保持”阶段对每个受试者的相关脑区实施rTMS刺激,研究rTMS对于大脑“信息保持”的脑活动影响。行为学数据分析结果表明：在无rTMS作用时,随着记忆负荷的增加,准确率有所下降,同时反应时间也明显增加。在有rTMS和作用时,反应时间比伪rTMS下明显缩短。脑电数据分析结果表明：随着记忆负荷的增加,θ波段功率谱能量增加的区域主要前额叶和顶叶脑区,α波段功率谱能量下降主要在左侧顶叶区域；并且随着记忆负荷的增加,θ波段事件相关同步化现象越来越明显,从左侧前额叶和顶叶向右侧扩展,α波段则出现事件相关去同步化越来越明显现象,去同步化范围同样从左侧前额叶和顶叶向右侧扩展；随着记忆负荷的增加,两个波段的信号在前额叶和顶叶之间的相位同步性有所增强。在真实rTMS刺激下,顶叶皮质脑区变化更加明显；两个波段的信号均反映左侧顶叶与左侧前额叶之间的连接性增强,同时左右侧顶叶之间的连接性也出现增强；前额叶和顶叶的节点度、网络的平均集群系数以及中介中心性分析结果也表明了rTMS作用下左侧顶叶和前额叶之间的连接效果增强。结论：1.左侧前额叶和顶叶是参与工作记忆“信息保持”阶段的关键脑区,rTMS在大脑“信息保持”阶段作用于顶叶皮质使脑活动更加¨活跃；2.随着记忆负荷的增加,右侧脑区逐渐参与到“信息保持”脑活动中,提示可能存在一种右侧脑区对于左侧脑区的补偿机制,随着记忆负荷的增加,这种补偿机制越来越明显；3.随着记忆负荷的增加,左侧前额叶和顶叶两个脑区之间的联系也在增强,顶叶与前额叶在rTMS作用下连接性更加明显,并且顶叶更多起到了信息发送的作用,提示可能是rTMS的作用激活顶叶皮质,并通过顶叶皮质的信息传递间接激活前额叶皮质,对工作记忆“信息保持”效率起到积极的作用。
[Abstract]:Working memory memory (WM) is a limited memory system in which the brain temporarily stores and processes information in the course of cognitive tasks. WMs can be classified into information coding. Information retention, decision judgment and other functions. Among them, brain information retention is entirely internal brain activity, does not involve external information input. The study of memory retention stage of brain activity. This study uses repetitive transcranial magnetic stimulation (TMS) to reveal the areas of the brain involved in information transmission and the synergistic effects of the regions of the brain. Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation. The method of RTM intervention in key brain area and EEG electroencephalography (EGG) were used to collect the EEG of the subjects. By extracting the energy and phase characteristics of EEG signals in the related frequency band, the activities of the brain regions and the connections between the regions of the brain are studied in the stage of maintaining the brain information. To compare the brain activity in the left and right brain regions and focus on the activity of the lateral parietal cortex of the task. To investigate the effect of rTMS stimulation on the lateral parietal lobe during the "information retention" stage, in order to identify the brain regions related to "information retention", different memory load paradigms were used in this study. After identifying the brain regions associated with "information retention", the experimental paradigm of different memory loads was used again, and rTMS stimulation was performed on the relevant brain regions of each subject during the "information retention" phase. Behavioral data analysis showed that the accuracy of rTMS decreased with the increase of memory load in the absence of rTMS. At the same time, the reaction time was also significantly increased. When rTMS was used, the reaction time was significantly shorter than that under pseudo rTMS. The results of EEG data analysis showed that: with the increase of memory load. Theta band power spectrum energy increased in the prefrontal and parietal lobe regions, 伪 band power spectrum energy decreased mainly in the left parietal lobe region. And with the increase of memory load, the phenomenon of 胃 band event correlation synchronization becomes more and more obvious, extending from left prefrontal lobe and parietal lobe to the right, and 伪 band event correlation desynchronization becomes more and more obvious. The range of desynchronization also extends from the left prefrontal and parietal lobes to the right. With the increase of memory load, the phase synchronism between prefrontal lobe and parietal lobe was enhanced. The change of cerebral cortex in parietal lobe was more obvious under real rTMS stimulation. In both bands, the connectivity between the left parietal lobe and the left prefrontal lobe was enhanced, and the connectivity between the left and right parietal lobes was enhanced. The nodal degree of the prefrontal and parietal lobes. The average cluster coefficient of the network and the results of intermediary centrality analysis also showed that the connection between the left parietal lobe and the prefrontal lobe was enhanced by rTMS. Conclusion: 1. The left prefrontal lobe and parietal lobe are involved in working memory. Key areas of the brain during the information retention phase. RTMS acts on the parietal cortex during the "information retention" phase of the brain to make brain activity more active. 2. With the increase of memory load, the right brain area gradually participates in the "information retention" brain activity, suggesting that there may be a compensation mechanism for the left brain region in the right brain area, and with the increase of the memory load. This compensation mechanism is becoming more and more obvious; 3. With the increase of memory load, the relationship between left prefrontal lobe and parietal lobe was enhanced, and the connection between parietal lobe and prefrontal lobe was more obvious under the action of rTMS. And the parietal lobe played a more role in the transmission of information, suggesting that the role of rTMS may activate the parietal cortex, and indirectly activate the prefrontal cortex through the parietal cortex information transmission. It plays a positive role in the efficiency of working memory.
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R338

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本文编号：1394437