双耳节拍对视觉空间工作记忆的影响

和皮质连接

研究文章

克莉丝汀·波切尼、妮可·阿巴德、罗莎琳·莫兰、雷切尔·A·戴安娜、亚历山大·利昂萨

文章

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摘要

双耳搏动利用了当两个不同的频率

分别呈现给每只耳朵。这个过程产生第三个幻影双耳节拍，

其频率等于两个呈现音调的差，并且可以

用于非侵入性脑刺激。双耳节拍对工作记忆的影响，

控制临时保留和在线组织思想以获得成功的系统

目标导向行为尚未得到很好的研究。此外，没有研究评估

工作记忆任务中双耳搏动对大脑连接的影响。在本研究中，我们

确定不同声刺激条件对参与者反应的影响

准确度和皮层网络拓扑，如在视觉空间中通过脑电图记录测量的

工作记忆任务。三种声刺激控制条件和三种双耳拍

使用刺激条件：无、纯音、古典音乐、5Hz双耳节拍、10Hz

双耳搏动和15Hz双耳搏动。我们发现在一个小时内听15Hz的双耳节拍

视觉空间工作记忆任务不仅提高了反应的准确性，而且改善了反应的准确性

任务期间皮质网络的强度。三种听觉控制条件和

5Hz和10Hz的双耳搏动都会降低准确性。基于图形网络分析，

15Hz双耳搏动期间的皮层活动产生具有高频率特征的网络

在整个视觉空间工作中，信息传递具有一致的连接强度

内存任务。

引文：Beauchene C，Abaid N，Moran R，Diana RA，Leonessa A（2016）The Effect of

双耳搏动对视觉空间工作记忆和皮层连接的影响。PLoS ONE

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媒体报道

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主题领域

工作记忆

脑电图

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11（11）：e0166630.doi:10.1371/journal.pone.0166630

编辑：Manuel S.Malmierca，西班牙萨拉曼卡大学

收到日期：2016年5月13日；受理日期：2016年11月1日；出版日期：11月28日，

2016

版权所有：©2016 Beauchene等人。这是一篇根据

知识共享署名许可证的条款允许无限制使用，

在任何媒体中的分发和复制，前提是原始作者和来源：

贷记。

数据可用性：所有相关数据可通过

https://data.lib.vt.edu/collections/5m60qr88b.

资金：导致这些结果的研究得到了美国总务委员会的资助&

国家科学院与年龄相关的残疾工程（GARDE）项目

基金会（奖项编号：1055315和1604279）。NSF在设计

研究、数据收集和分析、决定发布或准备

手稿

竞争利益：作者声明不存在竞争利益。

介绍

认知神经影像学文献的研究结果表明，区域整合

神经活动以协调网络处理的形式存在于复杂的神经系统中

认知（例如，记忆任务涉及前额叶、时间和感觉过程）。内存中

例如，这些跨区域的交互作用被认为反映在耦合中

跨越多个脑电图振荡带，特别是在θ（4Hz-8Hz）和伽马（25Hz-40Hz）处

频率[1-4]。描述这些皮层区域之间互连的网络

表现出高度的随机性和模块性，但相对较低的异质性。这个

网络特性在所有尺度上都是守恒的，包括小世界度

分布、短路径长度、模块化、层次结构、中心节点和鲁棒性[5]。而

已经探索了与记忆相关的原生网络，它们对非侵入性记忆的反应

刺激仍有待充分表征。本文研究的是网络

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声学

中心性

记忆力

认知

神经网络

数据处理

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与工作记忆有关的大脑区域的特性，目的是了解如何

环境刺激，在这种情况下，具有特定振荡同步性的声刺激，可以

调节认知加工。

工作记忆是一个控制信息在线处理和组织的系统

成功的推理、理解和目标导向行为[6、7]。个人附件a

可同时使用的项目数量的容量限制个人附件a

工作记忆中可同时保留的项目数量的容量限制。

神经解剖学上，控制工作记忆的网络分布在大脑的很大一部分

脑特别是，涉及视觉空间信息的工作记忆任务激活了大脑的各个区域

前额叶皮层（PFC）通常是右侧化的[8，9]。此外，在整个工作过程中

记忆维持，前额叶和顶叶神经元群被激活

同时[10-12]。工作记忆任务难度的增加与

前额叶和顶叶区域之间的连通性增强[13]。

使用脑电图可以从头皮无创记录皮层活动。由于脑电图有噪声，

非线性、非平稳的相位同步非常适合于皮层网络

决心相位同步是一种统计方法，用于测量

两个振子，它已被应用于非线性动力学和混沌系统领域

[14–16]. 大脑内的短程或局部相位同步可以解释为

创建区域“感知绑定”[17]。区域之间的远程相位同步，

被认为是运动规划[18，19]、情感[20，21]和记忆[22-25]的子服务。

先前的研究表明，跨大脑皮层电相同步性增加

皮层促进神经交流，促进神经可塑性，并支持工作

内存[25]。突触前神经元的同步放电增加了神经元的放电频率

突触后神经元，因为多个同时输入的总和增加了

突触后神经元的阈值将达到[26]。同步伽马振荡是

局限于局部神经元区域，而θ同步在长时间内有效

距离（即大脑的不同区域）[27-29]。期间成功编码信息

内存任务需要增加相位同步[22、30-36]。阶段

在工作过程中，在θ带内，前额叶和顶叶区域之间的同步

记忆任务在编码、维护和检索以及这种同步过程中持续进行

随着内存负载的增加[28，37]。刺激引起的β和γ同步

在工作记忆中增加额叶和顶叶区域的连贯性

维护[38，39]。

同步可以通过呈现特定的听觉刺激（称为

双耳搏动（BB）。双耳节拍需要向耳朵呈现两种不同的音调

[40]. 该过程会产生第三个幻像双耳拍，其频率等于

2016年11月29日

存档推文

???????? @天王星2

双耳搏动的影响

论视觉空间工作

记忆和皮层

连通性

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所呈现的两个音调的差异，将在位于大脑的下丘（IC）内产生

听觉通路[41-44]。从IC到

听觉皮层通过双耳拍频下的周期性神经放电[45]。最高金额

由于双耳搏动，听觉皮层的同步性在

16Hz[42]。

以前的研究表明，双耳搏动可以影响跨大脑皮层的反应

频带。在伽玛带内，出现了最大的脑电图稳态响应

具有40Hz的双耳节拍，主要激活额叶和顶叶[46-49]。在里面

此外，在18.5Hz的β波段进行双耳搏动刺激后，脑电图幅值增加了21%

[50]. θ带双耳搏动夹带的皮层区域包括顶叶、额叶和额叶

时间区域[51-54]。然而，双耳节拍可以影响其各自节拍之外的活动

频带和这种效应没有很好的特征。例如，高等人报告说，

在delta或alpha双耳节拍刺激期间，他们的脑电功率增加

各自的频带。然而，除了刺激带外，相对脑电图功率也增加了

在θ和α波段也是如此[55]。

Ioannou等人先前的一项研究调查了双耳搏动对相位的影响

音乐家和非音乐家的同步性测量。他们发现了双耳节拍

阿尔法带的刺激在两组中产生了最高的稳态反应。在里面

此外，他们确定听低频双耳节拍有显著影响

关于α带中皮质连接网络的结构[56]。这项工作表明

双耳节拍将能够显著影响网络拓扑结构，以改善

记忆力

虽然双耳搏动提供了一种无创且易于管理的刺激，但它们对听觉的影响

只有少数研究对工作记忆进行了探索。Kennerly调查了

双耳搏动对穿孔的影响