视觉工作记忆属于工作记忆的一个分支,指的是短暂维持不在视域内信息并进行活跃认知加工的过程,是连接知觉和高级认知的重要通道。因此,视觉工作记忆在人类高级认知活动中具有极其重要的作用。关于视觉工作记忆认知机制的研究在近几十年来一直吸引着广大科学工作者,并使人们对视觉工作记忆容量、存储、负荷效应等方面有了更深入的了解。前人关于视觉工作记忆的研究主要通过要求被试记忆色块和光栅朝向来探究视觉工作记忆的存储机制。其研究结果表明:随着记忆客体数量的增加记忆精确度随之降低,由此产生了视觉工作记忆的负荷效应理论。并且,大量研究表明视觉工作记忆容量是有限的。另外,功能核磁共振(f MRI)研究表明:人类大脑在视觉工作记忆存储过程中既表现出初级视觉皮层的激活也表现出高级脑区的激活,例如V1-V4、颞叶、顶叶等区域。但是,目前关于人类大脑在视觉工作记忆维持阶段对多特征复杂客体(例如:面孔信息和房子信息)信息的认知加工机制还没有得到深入的研究。另外,对不同的客体信息进行维持是否对应不同的认知加工模式,以及视觉工作记忆维持阶段负荷效应的神经基础还没有得到广泛的研究。因此,本研究从面孔信息和房子信息的视觉工作记忆任务出发,探究视觉工作记忆维持阶段中对不同记忆内容的行为表现、大脑激活强度、视觉皮层解码机制及其负荷效应,为视觉工作记忆内容的表征在大脑功能方面提供具有价值的影像学方面的依据。研究一:首先,本研究旨在从行为层面探究视觉工作记忆维持复杂信息的负荷效应和视觉工作记忆容量。另外,本研究的目的还在于:确定本研究需要采取的最佳负荷量以保证实验难度在每个被试承受范围内;检验行为实验结果是否符合预期,为进一步研究提供基础。在正式行为实验开始之前,分别针对负荷量为两张、四张和六张的图片信息对被试进行测试。结果发现:在负荷量为六张图片信息的情况下,由于实验难度太大而导致超出了个体视觉工作记忆容量。所以,本实验最终确定了一个2×2的实验设计,两个因素分别是面孔信息和房子信息,两种水平是在记忆维持阶段负荷为一张面孔信息/一张房子信息,两张面孔信息/两张房子信息。本实验要求被试在刺激呈现阶段记忆客体的视觉信息,随后根据线索信息选择性维持面孔或房子视觉信息。在经过11秒的记忆维持后,被试过判断测试刺激信息与维持记忆信息是否一致而进行按键反应。行为实验结果显示:低负荷条件下的正确率显著高于高负荷条件下的正确率,并且正确率全都显著高于随机水平(50%);高负荷条件下的平均反应时显著高于低负荷条件下的反应时;高负荷条件和低负荷条件主效应显著但无交互效应。在相同负荷条件下,在对房子信息和面孔信息的记忆中,两者的正确率并没有显著差异。行为实验结果表明:本实验符合视觉工作记忆负荷效应和记忆容量有限的特点,并且为后续的任务态研究提供了依据。研究二:本研究将针对面孔信息和房子信息的视觉工作记忆设计相关的任务态功能核磁共振(task f MRI)实验任务,探究视觉工作记忆对不同记忆内容维持的大脑神经机制。该研究将分为两步进行:第一步对每个被试的感兴趣区(初级视觉皮层、面孔选择区、房子选择区)进行定位。第二步根据视觉工作记忆任务进行任务态实验数据的采集。通过对感兴趣区在视觉工作记忆维持阶段激活强度的分析,结果表明:双侧海马旁回(PPA)和双侧顶内沟(IPS)在房子信息维持阶段中的激活强度显著高于面孔信息维持阶段中的激活强度,并且一张房子和两张房子信息条件下的激活强度无显著差异。并且,预期梭状回(FFA)和颞上沟(STS)对面孔信息的激活强度会显著高于对房子信息的激活强度。然而,梭状回、颞上沟和初级视觉皮层(V1-V4)的激活强度在对面孔和房子信息的维持中没有显著差异。因此,根据PPA和IPS的激活强度就可以区分视觉工作记忆的维持内容,但是FFA、STS和V1-V4的激活强度不能帮助预测视觉工作记忆的维持信息。紧接着,多体素模式分析(multivoxel pattern analysis,MVPA)结果显示:在高负荷条件中,V4、双侧颞上沟和双侧梭状回在维持阶段的激活模式可以区分视觉工作记忆维持内容。但是,在低负荷条件下,上述脑区的激活模式并不能预测维持阶段记忆内容。激活模式结果表明:V4、双侧梭状回以及双侧颞上沟只有在高负荷条件下才对视觉工作记忆信息进行解码。MVPA分析结果产生的原因可能是:任务难度增加导致个体做出的努力或者是受到注意的调控等因素造成。在采用感兴趣区的分析方法进行激活强度和激活模式分析之后,本研究采用全脑搜索的方式对激活强度进行后续分析。全脑分析表明:海马旁和顶内沟的激活同感兴趣区分析结果一致。另外,全脑分析结果还发现:视觉工作记忆负荷量主效应显著并体现在双侧脑核(putamen)的激活强度中,负荷量跟刺激材料种类之间不存在交互效应。全脑分析结果表明:在面孔和房子信息的视觉工作记忆任务中,双侧脑核的激活强度体现了视觉工作记忆负荷效应并与信息种类无关。综上所述,在本研究中可以通过双侧海马旁、双侧顶内沟的激活强度和V4、双侧梭状回、双侧颞上沟的信息解码正确率区分视觉工作记忆维持内容。另外,双侧脑核的激活强度则体现了视觉工作记忆负荷效应。