工作记忆中非周期性与α振荡活动对空间位置表征的差异化作用

这篇研究通过时间分辨光谱参数化方法，首次在工作记忆（WM）任务中分离了α振荡（8-12 Hz）与非周期性活动（aperiodic activity）的动态贡献。研究发现：非周期性活动（反映兴奋/抑制平衡）主导刺激编码期的空间位置表征，而纯α振荡功率（经非周期性校正）在记忆维持期表现出更强的空间信息解码能力。该成果为理解WM神经机制提供了新视角，强调传统α功率分析需校正非周期性干扰，并揭示了两种神经活动在信息处理中的互补作用。

　　

研究背景

工作记忆（WM）作为核心认知功能，其神经机制长期存在争议。传统研究认为前额叶皮层（PFC）的持续神经元活动和视觉皮层α波段（8-12 Hz）振荡是WM的关键特征，其中α功率变化被认为能追踪WM项目的空间位置。然而，传统频谱分析方法（如窄带滤波）无法区分真正的α振荡与非周期性活动——后者反映兴奋/抑制（E/I）驱动的异步皮层活动，可能具有独立生理功能。

方法创新

研究团队重新分析了7项EEG实验（共112名受试者），开发了时间分辨的光谱参数化技术：

1. 通过滑动窗口（1秒）多锥谱估计瞬时功率谱
2. 使用固定模式（aperiodic mode: "fixed"）分离α振荡与1/f非周期性成分
3. 采用倒编码模型（IEM）比较总α功率、校正后α振荡功率及非周期性指数对空间位置的表征能力

核心发现

空间表征的时间分化

• α振荡功率：在全部7项任务中，记忆维持期（delay period）均显示显著的空间位置解码能力（P<0.05），且校正非周期性干扰后解码性能提升85%
• 非周期性指数：在刺激呈现期（encoding period）表现出最强的空间表征，其CTF斜率在6/7任务中显著高于维持期（P<0.05）

信号分离的必要性

传统总α功率分析会混淆两类信号：

1. 在记忆维持期，纯α振荡的空间解码准确度比总α功率高15-22%（P<0.01）
2. 非周期性指数与α振荡功率的相关系数始终低于0.3，证实其独立性

机制探讨

非周期性活动的瞬时变化可能反映刺激编码期的局部皮层兴奋性增强（表现为1/f谱斜率降低），这与颅内EEG发现的记忆编码期频谱平坦化现象一致。而α振荡则通过相位同步机制维持空间信息，两者形成"编码-维持"的功能接力：

• 快速编码：非周期性活动通过E/I动态实现空间信息快速映射
• 精确维持：α振荡通过抑制无关网络维持信息保真度

研究局限与展望

1. 计算成本较高，未来可通过降采样优化
2. 需开发更灵敏的振荡检测算法（如时域分解）
3. 实验设计可加入序列呈现、编码时长调控等范式

临床启示

该发现对理解精神分裂症、ADHD等WM障碍疾病具有潜在价值：

• 非周期性异常可能提示编码期E/I失衡
• α振荡紊乱可能反映维持机制缺陷
  为开发靶向干预策略提供了新的生物标志物体系。