视觉工作记忆中重复项目的优先化与促进检索的神经特征

本综述系统探讨了视觉工作记忆（VWM）中重复项目相较于非重复项目的优先处理机制及其神经基础。研究通过改良版Sternberg任务结合脑电图（EEG）技术，揭示了重复项目在检索过程中表现出更快的反应时间（RT）和更高准确率的行为优势。神经动力学分析发现，非重复项目匹配时伴随β去同步化延迟（13-20 Hz）、额叶θ振荡增强（4-7 Hz）及顶枕叶α功率升高（8-12 Hz），表明其需要更强的认知控制（Cognitive Control）和注意力抑制机制。这些发现为理解VWM中基于重复特征的优先化处理提供了关键的神经生理证据。

　　

引言

视觉工作记忆（Visual Working Memory, VWM）作为容量有限的认知系统，其内部表征在检索过程中存在竞争关系。根据嵌入式加工模型，工作记忆中的项目可分为处于"直接访问区域"的活跃状态和存储于激活长时记忆中的被动状态。刺激特性（如相似性）可促使项目间形成联结，从而通过优先化机制促进检索效率。本研究通过EEG技术探究重复（Rep）与非重复（NRep）项目在VWM检索中的神经动力学差异，重点关注不同频段振荡活动反映的认知处理差异。

材料与方法

研究招募23名健康右利手参与者（平均年龄24.82±2.12岁），采用改良版Sternberg任务。记忆阵列包含9个数字，其中3个数字重复出现两次（Rep），3个为独立出现（NRep），以伪随机方式排列。任务包含280个试次，探针类型分为重复项目探针（Rep）、非重复项目探针（NRep）和干扰项（各占特定比例）。EEG数据通过64导电极帽采集，采样率1000Hz，预处理后采用复Morlet小波进行时频分析（3-30 Hz）。重点分析中央区C3电极（β频段）、顶枕区电极（α频段）及前中线电极簇（θ频段）的事件相关谱扰动（ERSP）。

行为结果

重复项目探针匹配表现出显著优势：Rep条件反应时中位数677.5ms显著短于NRep的741.1ms（p<0.001，r=0.87）；Rep条件准确率中位数100%显著高于NRep的80%（p<0.001，r=-0.87）。这表明重复项目在VWM检索中获得优先处理。

神经振荡特征

顶枕叶α活动

在400-800ms时间窗口和9-12Hz频段，NRep条件在右顶枕区电极（PO8、P4、P8）表现出相对增强的α功率（t₍₂₁₎=-2.97, p<0.001），峰值差异出现在PO8电极（t=-3.35）。这反映NRep项目检索需要更强的注意力抑制机制来屏蔽重复项目的干扰。

中央区β去同步化

C3电极在13-20Hz频段显示Rep条件β去同步化更早出现（200-400ms），聚类分析显示显著差异（t₍₂₁₎=-176.91, p=0.018）。Rep条件峰值去同步化出现在406ms（-2.26dB），NRep条件延迟至480ms（-2.33dB）。相关分析显示NRep条件下峰值去同步化时间与反应时呈弱正相关（r=0.14, p=0.002），表明β去同步化延迟与运动准备过程缓慢相关。

前中线θ活动

在600-900ms时间窗口和5-7Hz频段，NRep条件在前中线电极簇（Fz、FC1、FC2、C1、C2、F1、FCz）表现出θ功率显著增强（t₍₂₁₎=-561.22, p=0.022），峰值差异出现在FC1电极（t=-2.66）。这反映NRep项目检索需要更强的认知控制来解决表征冲突。

讨论

行为结果证实重复项目在VWM检索中存在显著优势，支持"组块化"理论解释——重复项目通过形成组块减少记忆槽位占用，从而获得优先访问权。神经振荡特征揭示了三重机制：1）β去同步化时程差异表明重复项目具有更高效的运动准备过程；2）α功率增强反映非重复项目检索需要抑制重复项目的干扰；3）θ活动增强表明非重复项目需要更强的认知控制来解决检索冲突。值得注意的是，α活动的时间进程（400-800ms）早于θ活动（600-900ms），提示注意力抑制机制先于冲突解决过程启动。

这些发现为理解VWM中基于刺激特征的优先化处理提供了神经生理证据，表明重复性作为重要的知觉特征能够通过调节神经振荡活动来影响工作记忆的检索效率。研究结果对理解认知控制障碍疾病的神经机制具有重要启示意义。