相关脑电特征的影响*
杨静（，何昊（，张星星1弋净1关青（，罗跃嘉（，陈璐2郭单妮2张浩波（（深圳大学脑疾病与认知科学研究中心，广东深圳5180677深圳大学心理学院，广东深圳518067通信作者：张浩波
haobozZ@foxmaiV com）
【摘要】目的：探讨侧重于不同工作记忆成分的训练程序对认知功能和相关脑电特征的影响。方法：选取43例大学生，随机匹配分为3个工作记忆训练组和（个对照组5=9）。训练组分别接受侧重工作记
忆的更新、容量与视觉辨认能力的认知训练，训练持续19U（34I ma/d）。所有被试在训练前后用认知功能
量表评估工作记忆、言语记忆、视空间记忆、注意以及执行功能的表现，用o-back任务评估工作记忆的正
确率、反应时与效率，用事件相关电位技术评估执行n-back任务时的P7、P3脑电成分。结果：与对照组
相比，更新组的短时言语记忆（AVLT-2）得分更高，（-back和7-back任务效率更高，在（-back上的P3波
幅更大（均P<495）。三个训练组间比较显示，更新组较容量组的工作记忆和短时言语记忆（AVLT3、
AVLT-3）得分更高，（-back任务正确率更高（均P<495）；更新组较视觉辨认组的短时言语记忆（AV-
LT-9）得分更高，（-back任务效率更高（均P<445）；容量组较视觉辨认组在（-back上的P7波幅更小、
P3波幅更大（均P<495）。结论：侧重工作记忆更新的训练对提高短时记忆和工作记忆成绩的效果优于
侧重容量和视觉辨认的训练，且在脑电特征上有相应改变。
【关键词】工作记忆训练；n-back；脑电特征
中图分类号：R749944,B840.8文献标识码：A文章编号：209-6729（2401）097-9599-97
doi： 2.3066/j.issn.1409-6720.2/0（.92.99
（中国心理卫生杂志，292（,35（2）:520-645.）
Effects of differeet working memory training on cognitive
functions and related EEG signals
YANG Jing90,HE Hao96,ZHANG Xinyxiny1,YI Jiny1,GUAN Qing90,
LUO Yoejia1'6,CHEN Lu5,GUO Danni0,ZHANG Haobo1'6
1Center of Brain Disorder and Cognitive Science,ShenzZen518067,Goangdong Province,China5School of Pspchologp,Shenz
hen University,ShenzZen University,ShenzZen59067,Guangdong Province,China
Corresponding autfiou ZHANG Haobo,haobozh@
[Abstract i Objective:To iovestigate the effects of different training programs with different woUWg memory componepts ox vuioxs cognitive Uinctioxs and We changes of correspobdent EEG signals.
Method::FoUo-eight
college students were ranUomly assigned into three woUWg memory training guhps and one control group（2
=9）.TUe training groups were received thee different programs which traineP ox We updatings capacito and visu
al ucognUWx compoxepts of woUWg memory,respectively.Each program lasted for19days（64mia/2）.All pu-
hcipants were eveloated before and aUer thetraininy on We performance of woUWg memory,verbal memory,visuo-
spahai memorys ahentiox and executive Uinctiox with We neuupsychologWel assosmenh,We accuracy,response
time,and efficiency onworOny memory with n-back Wsk;and We corresponding P7and P3componepts during We
n-back task were also examineP with We eventuWwd poteptial technipoe.ResiUtt:Compued with We control
guhps We updating group had better performance ox skoh-term verbal memory（AVLT-9）.efficiency of（-back and *基金项目：国家自然科学基金(No.39707967)，广东省省级科技计划项目-国际科技合作领域(272A75752748)，深圳市科创委面上项目(JCYJ2720/812149365)
7-back tasks(P<9.45).Among thro training guhps,We updatiny grohp showed better performance on woUWg memorys short-term verbal memory(AVLT-2,AVLT-3),and accoucy of(-back task than We capacito group(6s <9.95).Compued with We visual recognition gmup,We updatiny grohp showed better performance on shoU-term verbal memory(AVLT-2)and efficiency of(-back task(Ps<9.45).Mouxver,compued with We visual ucognl-hox guhps We capacito guhp showed smaller P7amplitude and Wrger P3amplitude ox(-back task(Ps<9.95). Conclusion:It suggests Wat the cognitive training focusing oxthe updating compoxept of working memory demon-stratedhigher improvemepts ox shoU-term memory and woUWg memory than We training on We capacito and visual ucognUWx compoxeptss and thePetavioral changes also reUected in the cozopoOWg EEG signals.
【Key woaisi woUWg memory training;g-back;EEG signal
(Chin Men-Health J,640(.35(7):590-695.1
工作记忆是对信息进行短期储存和操控的记忆系统，与其他认知功能密切相关°］。BaOdeWy的工作记忆模型包括三个成分，处理视觉空间信息的视空模板、处理语音信息的语音环路以及协调与分配各部分资源的中央执行系统，其中中央执行系统具有核心作用°］。认知训练的理论基础是认知与神经可塑性，即由反复练习引起的行为与神经元水平上的变化°］。 目前，已有大量研究针对工作记忆进行训练，也有多项元分析针对工作记忆的训练效果进行综述。结果显示，工作记忆训练能够提高与工作记忆相关任务的成绩，且呈中等程度的训练效果°3］0同时工作记忆训练也能改善其他认知功能，包括言语记忆⑷、智力°］以及执行功能°］等。脑电研究显示，训练后个体在n-back任务上的P7波幅下降，以及P3波幅增强，这可能分别体现了早期自动加工与晚期控制加工能力的提高°-（］。脑影像研究也发现了与训练相关的神经元（前额叶与顶叶）活动的增强和大脑皮质功能连接的增强°9］。
尽管已有大量研究针对工作记忆进行训练，但以往研究多采用单一的工作记忆训练程序。最常见 的是使用n-back与广度任务，分别针对工作记忆的更新与容量°（］。而对于不同工作记忆训练程序在多种认知功能上的迁移效果，仍然缺乏比较研究。以往的认知训练多采用居家的自主训练方式（基于网络平台），其训练过程缺少监督，这会影响研究结果的有效性和一致性⑴］。以往研究还表明，工作记
忆训练的效果在青年和老年人存在着差异，青年人获益更多，即青年人工作记忆的可塑性更强°9］。
本研究采用了三种工作记忆训练程序，分别侧重训练工作记忆的更新、容量与视觉辨认能力。训练对象为青年人，且所有训练与评估均在实验室进行。本研究使用了一系列认知量表对被试的工作记忆、言语记忆、注意与执行功能进行训练前后的评估，以探索三种工作记忆训练程序对多种认知功能的影响及其差异。本研究还使用经典的工作记忆任务（n-back）进行脑电评估，以研究不同工作记忆训练程序对脑电特征的影响。
1对象与方法
99对象
使用G*Power/计算研究所需样本量。根据已有研究°］，工作记忆训练对工作记忆功能提升的Cohen效应量/值为0.687。本研究设定效应量f =0.5，一类错误概率a=0.05，统计检验力1-0 =0.3，每个训练组与对照组的比例为）9经计算，每个训练组与对照组的样本量各需至少2例。
通过在校内发布招募广告的方式选取深圳某高校在校大学生45例，女性33例，男性9例，年龄17-10岁，平均年龄（2±1）岁。被试均为非心理学专业，右利手，无躯体疾病与精神障碍，视力或矫正视
力正常。采用随机匹配的方法将所有被试分为4组：更新组（2=12）、容量组（g= 2（、视觉辨认组（2=12）和对照组（2=12）。实验过程中容量组被试有1例退出，余9例。更新、容量和视觉辨认组分别进行Memory match、Scene crasher和Minis eye程序的训练，对照组不接受认知训练。所有被试在研究期间均未服用任何有兴奋或抑制作用的食品或药物。四组的年龄［F （8,48）=2-07,P=0.22］、性别（^2=7.04, P=0.056）以及教育年限［F（8,48）=2.00, P=0.905］差异均无统计学意义。本研究获得深圳大学伦理委员会的批准。被试均自愿参与实验并
签署了知情同意书，实验之后获得一定报酬。
22工具
97.9工作记忆训练程序
三个训练组在实验室进行了连续10U的训练(30mio/2)，实验时间保持一致。Memory match (http:〃)属于n-back范式，侧重工作记忆的更新，对注意控制的要求较高，训练材料为抽象图形°5］。Scene crasher属于延迟再认广度范式，侧重工作记忆的容量，训练材料为具象物体。Minis eye(https：〃)属于感觉辨认范式，侧重工作记忆的视觉辨认能力，训练材料为动态的抽象图形，要求信息维持时间较长°2］。训练前所有主试均进行了标准化培训，训练期间被试每天的训练情况也会进行监督、记录，以保证训练的质量。
具体训练程序为：①Memory match：由两个子游戏构成。第1个子游戏属于7-back，电脑屏幕依次呈现图案(不同颜的三角形/圆形等)，从第8个图案起被试需要判断当前图案与它前面相隔1个的图案是否相同；第2个子游戏类似7-back，从第4个图案起被试需要判断当前图案与它前面相隔2个的图案是否相同。②Scene crasher：电脑屏幕呈现不同数目的具体物体(例如羊、钥匙等)，呈现时间为7S o之后物体会在原来位置重新出现，但会额外多出一个同样的物体。被试需要出并点击额外增加的物体。③Minis eye：电脑屏幕呈现一个目标物体，里面的许多点是朝同一个方向流动的，呈现时间为8S o之后呈现与目标物体相似的一组流动物体5个)，被试需要判断这一组物体中是否包含目标物体。
97.0认知功能评估
所有被试在训练前后都进行了以下认知心理量表的评估：①韦氏数字广度测验(Wechsler Adult Intelligence Scale-Digit Spans,DS)，分为数字顺背(DS-forwud)与倒背(DS-backwud)两个子测验，成绩越高表明工作记忆越好°4］。②听觉词语学习测验(AohWm Verbal Leuning Test,AV-LT)，共有6个试次，每个试次的成绩越高表明言语记忆越好°5］。③Rey-Oster/ch复杂图形测验，包括两个试次，其中即时临摹复杂图形试次的成绩越高表明视空间能力越好，延迟回忆试次的成绩越高表明视空觉记忆越好凹。④Shoop测验包含8个试次，成绩均为完成时间。其中Shoop-W和Stmop-L的时间越短表明注意越好，Stoop-CW的时间越短表明执行功能越好°0］。⑤符号数字转换测验(Symbol Digit Modalities Test,SDMT)，得分越高表明注意功能越好°4］。⑥动物流畅性测验(Animal Floency Test,A
FT)，得分越高表明执行功能越好°22］。
92.8n-back任务与脑电采集及处理
所有被试在训练前后都进行了n-back任务的评估及其脑电采集。n-back任务由E-prime2.0软件呈现并收集数据。该任务要求被试判断当前刺激与刺激序列中的前g个刺激是否匹配。本研究设置了1-back与7-back两个子任务。每个子任务中均包含一个练习阶段与一个正式实验阶段，练习阶段各有2个试次，正式实验各有72个试次。N-back 任务的行为指标为每个子任务下的平均正确率、反应时，以及效率，其中效率=(正确率/反应时) x200。
同时使用德国的BP(Brain Pubocts,Gilching)系统64导放大器和64导电极帽采集被试的大脑电生理活动。使用FCz电极点为参考电极, Fpz和Fz连线的中点处接地，将垂直眼电记录电极放置于右眼眶上记录垂直眼电。采样频率为1000Hz/导，滤波带通设置为0.01~100Hz，每个电极的电阻降至2 k Q以下。使用AnalyzerV.0软件对脑电数据进行离线分析处理。首先，将原始数据转换为双侧乳突参考，并运用ICA算法排除眼电的干扰。其次，对数据进行0.9~30HZ滤波并排除50Hz市电干扰的处理。接着，分析时程(epoch)选择200ms，其中刺激呈现前200ms作为基线进行基线校正，刺激出现后1000ms作为分析时程。最后，对波幅在75“V范围外者视为伪迹而自动剔除。根据前人研究［1)22］,n-back任务的脑电数据主要分析了P7与P8成分的平均波幅。
93统计方法
数据分析采用SPSS71.0版统计学软件包。计量资料采用(均数土标准差)表示。为充分使用现有实验数据，对四组n-back行为与脑电数据的缺失值进行了均值填补。首先，采用单因素方差分析对四组在所有指标上的基线进行比较，以组别为自变量，一系列认知心理量表得分以及n-back任务的行为与脑电指标为因变量。P<0.07描述为有
统计学意义。
其次，分别对更新组5=12）、容量组（g= 11）和视觉辨认组（g=12）与对照组（g=12）的组间差异进行了协方差分析，以训练前各评估指标、性别、年龄与教育程度为协变量，训练后的认知功能量表得分、n-back任务行为与脑电指标为因变量，组别为自变量。三个训练组与对照组之间的比较可以排除训练前后重复评估造成的练习效应。最后，采用同样的协方差分析对三个训练组的所有评估指标进行了两两组间比较，具体变量与前述一致。三个训练组的两两组间比较不仅可以排除练习效应，还可以排除训练带来的安慰剂效应；其组间 差异可以反映三种工作记忆程序训练效果的差异。
有三个组间比较的残差不符合正态分布（更新组与容量组-AVLT-5、更新组与视觉辨认组-AV-LT-2、容量组与视觉辨认组-AVLTR/，使用用非参数检验（MannLVnitney U秩和检验）进行统计分析。具体方法为：①将性别、年龄、教育年限以及训练前得分作为协变量从因变量中回归掉，从而得到去掉协变
量影响的因变量残差；②对因变量残差进行两组的组间比较（Mann-Whitney U秩和检验）（表00
表1四组训练前后认知心理量表指标组间比较（士P
基线0天训练后组间比较（F/Z值）
项目更新组
(g=10)容量组
（g二11）
视觉辨ms
（g二12）
对照组
(g=101
更新组
（g二12）
容量组
（g二11）
视觉辨认组
（g二12）
对照组
(g=101
①④②®③④①②①③②③
工作记忆
DS-fovzd7.8±1.09.7±1.059±0.87.0±1.058±1.151±1.87.9±1.050±1.90.39 1.270.34712 2.14 2.95 DSEachwzd 5.9±1.1 6.8±1.0 5.0±1.0 5.0±1.0 5.8±1.9 5.9±1.9 5.0±1.9 5.9±1.90.060.210.O0.200.070.11言语记忆
AVLTR 5.8±1.8 5.9±1.8 5.8±1.0 5.9±1.810.0±1.058±1.17.9±1.958±1.97310.910.810.630.010.13 AVLTE79±1.C75±1.179±1.07.0±1.C11.8±0.010.9±0.911.8±0.910.8±0.91771…0.15731578小 3.13** 2.03 AVLTR10.9±0.810.9±0.910.9±0.910.9±1.012.0±0.011.8±0.811.9±0.811.8±0.00.33 2.810.04543"715-775 AVLTE7.0±1.C7.0±1.07.9±1.059±1.111.9±0.911.0±1.111.9±0.911.9±0.90.06 1.6(O.)0.050.320.85 AVLT-57.9±1.959±1.87.8±1.059±1.111.9±0.811.8±1.111.9±0.911.9±0.9 1.05 1.050.047110.87714 AVLTE7.0±1.97.0±1.C10.0±1.078±2.011.8±0.910.9±1.911.8±1.011.8±1.00.74 1.720.97 3.837950.4视空间记忆
Rey-O2).1±5.024.0±5.024.9±5.0279±5.034.8±3.034.9±3.9370±4.23/9±450.020.000.100.010.40.06注意
Stvop-W2r.s±/.c21.0±9.915.8±2.020.9±3.920.8±3.8158±3.920.1±3.9158±2.00.050.010.210.91 2.11793 Stvop-C34.9±5.828.0±5.927.1±3.028.9±3.927.1±5.805.0±/.005.0±3.905.0±3.9O.)0.120.060.030.800.1/ SDMT65.9±11.071.9±11.068.8±10.175.0±8.874.8±10.9751±5.974.9±12.4759±8.9 3.950.850.01/010.070.33执行功能
Stvog-CW50.8±5.550.9±5.9578±5.947.1±7.945—704/.0±5.044.8±5.943.8±680.970.24/150.390.150.
85 AFT279±3.922.8±3.920.9±9.920.9±2.924.3±/.927.8±3.924.9±5.923.9±3.9 6.03 2.15 6.060.050.34710注：DS-rorwzd，韦氏数字广度测验-顺背；DSEachwzd，韦氏数字广度测验-倒背；AVLT，听觉词语学习测验；Reg-O,Reg-Osterrich复杂图形测验；Stmog-W,Stroog测验-字词；Stmop-C,Stmog测验-颜命名；Stmop-CW,Stroog测验-干扰；AFT，动物流畅性测验；组间比较使用了协方差分析（结果为F值与P值）与Mabd-Whitneg U秩和检验（结果为Z值与P值）的分析方法；P<0.05,-P<6.61。
2结果
2-7训练对认知功能量表得分的影响
训练前，9组在所有认知量表成绩上的差异均无统计学意义（单因素方差分析，0.03W F W 1.92,0.737^P w0.991）0更新组与对照组的比较显示，训练后更新组在AVLT-2上的得分大于对照组，且差异有统计学意义［F（1,28）= 11.91,P=0.003］；两组在其他量表上的差异均无统计学意义。此外，容量、视觉辨认组与对照组在所有量表上的差异均无统计学意义。3个训练组间的比较显示，训练后更新组的DSeorwpd、AV-
LT3和AVLT-3的得分大于容量组，且差异有统计学意义［F（1,78）=&12 6.5559.43,P= 0.09、0.00650.006］；更新组的AVLT3的得分大于视觉辨认组，且差异有统计学意义［Z= 8-95,P=0.001］。
3个训练组在其他量表上的差异均无统计学意义（表1）o
2.2训练对n-back任务的影响
训练前，4组在n-back任务所有行为指标上的差异均无统计学意义（单因素方差分析，0.40W F W921,0.32W P W0.752）。更新组与对照组的比较显示，训练后更新组在1-back和7-back上的效率大于对照组，且差异有统计学意义［F（1, 78）=5.21,P=0.035；F（1,78）=&04,P= 0.09］；两组在其他指标上的差异均无统计学意义。此外，容量、视觉辨认组与对照组在n-back 行为指标上的差异均无统计学意义。8个训练组间的比较显示，训练后更新组在1-back上的正确率大于容量组，且差异有统计学意义［F（1,27）=2.94,P=0.004］；更新组在1-back上的效率大于视觉辨认组，且差异有统计学意义［F（1, 78）=7.01,P=0.035］。3个训练组在其他指标上的差异均无统计学意义（表7）o
表0四组训练前后n-back任务指标组间比较（％±p
项目
基线9天训练后组间比较（F值）
更新组
（二12）
容量组
（4=11）
视觉辨ms
(4=10)
对照组
（=91
更新组
（4=10）
容量组
（4=11）
视觉辨认组
（4=10）
对照组
（4二91
①④②④③④①②①③②③
)back
正确率648±8.898.0±2806.0±1.505.3±3.898.0±1.598.5±5596.8±2.507.0±2.0 2.54 2.07 2.0710.88** 3.070.17反应时676±17991±79630±122688±123542±97538±123776±125596±87 2.130.2/0.91 2.7) 3.300.07效率95±0.1/5±0.095±0.8(^±0.895±0.1/5±0.J98±0.1/5±0.0401*0.010.13 2.73401*0.00 2-bac/
正确率63.5±l/098.0±6.1648±3.096.5±2.507.2±1.105.5±5507.8±2.107.1±2.00.680.270.22 2.86911980反应时758±176871±188745±168873±154531±1307)6±120690±173697±198.170.220.06 1.43 1.540.01效率93±0.1(^±0.098±0.8(^±0.098±0.1 1.1±0.195±0.1(^±0.0848*0.070.04/179110.01注：*P<495,**P<49（o
0.3脑电数据分析与结果
根据以往研究，我们主要关注P7和P8成分。脑电和脑影像研究显示，P7信号的选取多集中在额叶，而P3信号多集中在颞顶联合区°）253/］。结合我们的脑电数据，P7成分选择了额叶区域的F-电极点，P8成分选择了颞顶联合区的P5电极点，并选取了99~250ms作为P7成分的时间窗，357 ~550ms作为P8成分的时间窗。
4组在训练前的P7和P8波幅上的差异均无统计学意义（单因素方差分析，0.06W F W1.08, 0.28W P W0.982）。训练后，3个训练组与对照组在1-back和7-back的P7波幅上的差异均无统计学意义。然而不同训练组间的比较显示，容量组在1-back上的P7波幅小于视觉辨认组，且差异有统计学意义［F（1,27）=6.06,P=0.025］。更新组与对照组在P3波幅上的比较显示，训练后更新组在1-back上的P8波幅大于对照组，且差异有统计学意义［F（1,78）=6.90,P=0.012］；两组在其他指标上的差异均无统计学意义。此外，容量组、视觉辨认组分别与对照组在P8波幅上的差异均无统计学意义。3个训练组间的比较显示，训练后容量组在1-back上的P8波幅大于视觉辨认组，且差异有统计学意义［F（1,27）=6.23,P= 0.078］o8个训练组在其他指标上的差异均无统计学意义（表8）o
3讨论
量表评估显示，与对照组相比，训练后更新组在短时言语记忆（AVLT3）评估上有提高。以往研究表
明，评估工具与训练程序越接近，其评估成绩越高°4。本研究中，更新组的训练程序属于工作记忆的n-back范式，侧重于信息的更新与操控°5］。而短时言语记忆需要工作记忆的参与，包括对信息的保持与提取。因此，更新组在工作记忆上的训练效果可以迁移到短时言语记忆。我们的结果还显示，训练后更新组在工作记忆广度（DS-forwud），以及短时言语记忆（AVLT3、AVLT-8）上较容量组和视觉辨认组均有提高。容量组和
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议