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研究人员探测的工作记忆容量

每天的经验表明(有时令人沮丧的是)我们的工作记忆容量有限。我们一次只能记住很多事情。一项新研究的结果可能解释了原因:他们认为,当视觉工作记忆负荷变得难以应付时,三个关键区域之间的脑电波“耦合”或同步消失了。

麻省理工学院皮克勒学习与记忆研究所的皮克尔神经科学教授,资深作者厄尔·米勒说:“当容量达到极限时,就会失去反馈耦合。”失去同步性意味着这些区域不再能够相互通信以维持工作内存。

米勒说,最大工作记忆容量(例如,一个人可以同时保存在工作记忆中的图像总数)因人而异,但平均约为四张。研究人员已经将工作记忆能力与智力相关联。

米勒说,因此了解导致工作记忆具有内在限制的原因很重要,因为它可以帮助解释意识思维的局限性和最佳的认知表现。

米勒及其主要作者迪米特里斯·皮诺西斯(Dimitris Pinotsis)是米勒实验室的研究机构,他说,由于某些精神疾病会降低其能力,因此研究结果还可以进一步解释这种疾病如何影响思维。

“研究表明,与健康人相比,精神分裂症患者和其他患有神经系统疾病或精神疾病的患者的峰值负荷较低。” Pinotsis说。“因此,了解峰值负荷下的脑信号也可以帮助我们了解认知障碍的起源。”

该研究的另一位作者是普林斯顿大学神经科学研究所的助理教授,米勒实验室的前任成员蒂莫西·布希曼。

发表在《大脑皮层》杂志上的这项新研究是对米勒实验室在动物受试者玩简单游戏时记录的数据的详细统计分析:当他们在屏幕上看到一组正方形时,他们必须发现差异,然后在简短的空白屏幕,一组几乎相同的颜色,其中一个正方形已更改颜色。涉及的方格数,因此每轮的工作记忆负荷各不相同,因此有时任务超出了动物的能力。

在动物玩耍时,研究人员测量了三个区域中由神经元集合产生的脑电波的频率和时间,推测这三个区域在产生视觉工作记忆方面具有重要的(尽管尚未知)关系:前额叶皮层(PFC),额叶眼视野(FEF)和顶叶外侧区域(LIP)。

研究人员的目标是表征这三个区域之间的串扰,如脑波模式所反映的那样,并特别了解当负载增加到超过容量的程度时,串扰可能会如何变化。

尽管研究人员专注于这三个领域,但他们不知道如何相互配合。他们使用复杂的数学技术测试了数十种区域在高频和低频下如何“耦合”或同步的各种方法。“获胜”结构最适合实验证据。

“这是非常开放的,”米勒说。“我们对区域之间的反馈和前馈信号的所有不同组合进行了建模,并等待观察数据将指向何处。”

他们发现,区域基本上是一个委员会,没有太多等级,以保持工作记忆。他们还发现,随着负载的增加,然后超过容量,负载发生了变化。

皮诺西斯说:“在峰值记忆负荷下,维持记忆并指导基于这些记忆的动作的大脑信号达到最大。”“在这个峰值之上,相同的信号会崩溃。”

米勒说,特别是在容量超过上限时,PFC在低频处与其他区域的耦合停止了。

其他研究表明,PFC的作用可能是利用低频波来提供反馈,以使工作存储系统保持同步。米勒说,当这种信号崩溃时,整个企业也可能会这么做。这可以解释为什么存储容量具有有限的限制。他说,在先前的研究中,他的实验室已经观察到神经元中的信息会随着负荷的增加而退化,但是并没有一个明显的界限,即工作记忆只会停止运作。

他说:“我们知道刺激负荷会降低这些地区的加工水平,但是我们没有看到与达到产能相关的任何明显变化。”“但是我们确实通过反馈耦合看到了这一点。当对象超出其能力时,它会下降。PFC停止提供与FEF和LIP的反馈耦合。”

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