认知负荷与时长双重作用下额顶叶脑血流响应的生物阻抗研究：大脑补偿机制解析

本文利用生物阻抗检测技术，创新性地探究了在不同认知负荷（n-back范式）与任务时长（30–180 s）双重条件下额顶叶脑血流（CBF）响应变化。研究发现任务时长对CBF响应呈负向调控，而认知负荷则呈现先增强后趋于饱和的两阶段响应模式；额叶响应显著优于顶叶（p < 0.05），揭示大脑补偿机制优先调控前额叶以维持认知表现。该研究为神经血管耦合（NVC）机制研究提供了新方法与新视角。

　　

亮点（Highlight）

神经活动下的血管响应过程

认知功能的正常运作离不开神经血管耦合（Neurovascular Coupling, NVC）机制的协调运行。在这一过程中，神经系统通过调控微小动脉的外周阻力和血管弹性，促使血管扩张，从而在功能活跃区域实现脑血流（Cerebral Blood Flow, CBF）的快速增加。整个调控过程涵盖从神经元激活到血管响应的一系列精密生理事件。

工作记忆实验范式

本研究设计了一项双工作记忆实验范式，旨在系统评估由认知负荷与任务时长变化所引发的行为表现与血流动力学响应。n-back工作记忆范式被广泛用于诱发不同强度认知负荷下的大脑激活，本研究通过调整该范式，系统操纵认知负荷水平（1-back/2-back/3-back）与任务持续时间（30 s、60 s、90 s、120 s、150 s、180 s），以全面捕捉大脑在不同认知压力下的响应特征。

行为表现：认知负荷与时长诱发认知行为变化

各类实验试次中所有被试的准确率与反应时统计结果如图8(A)所示。所有被试的正确率介于71.29%–100%之间，反应时则分布在489 ms–1768 ms范围内。图8(B)展示了三种工作记忆负荷下的平均准确率与反应时。随着记忆负荷的提高，被试的平均正确率逐渐下降，反应时则逐渐延长，表明认知行为表现随任务难度上升而出现负荷依赖性的改变。

讨论（Discussion）

本研究提出了一种基于生物阻抗技术评估功能脑区脑血流响应的方法，证明了该技术在复杂认知任务中捕捉脑血流动力学变化方面具有高敏感性，并深入探讨了大脑补偿机制对额叶与顶叶区域的差异化调控。与传统的CBF检测手段相比，生物阻抗检测技术更适用于特定人群（如儿童、老年人或有植入设备的患者）以及在复杂任务环境下的长时间脑血流监测。

结论（Conclusion）

为探究大脑补偿机制对额顶叶脑血流的调控作用，我们利用生物阻抗检测技术，系统测量并评估了不同认知条件下CBF的变化。我们将阻抗收缩波高度（HS）确立为量化CBF的指标，并将HS的变化斜率与相对振幅作为评估认知任务中CBF响应速度与强度的潜在特征。研究结果表明，大脑在面对认知负荷与任务时长的双重挑战时，会启动补偿机制，优先保障额叶区域的血液供应，这一发现为理解神经血管耦合机制及认知资源分配策略提供了新的实验依据。