由Shepard和Metzler在1971年提出的心理旋转是研究心理空间成像产生和调控的著名实验。在心理旋转试验中,研究者展示给受试者一对旋转后的图像,并要求他们分辨成对的图像是否镜像。研究者发现,随着角度的增大,受试者需要更长的时间来做出反应。几十年来,大量的研究试图解释心理旋转背后隐藏的心理、生理学机理。心理旋转的认知过程与复杂的神经网络有关,大多数重要工作都集中在皮层网络的研究上,而在这方面,科学家都赞同顶叶皮层和运动皮层组成的分布式神经系统完成了心理旋转的处理。但是,到现在为止,心理旋转中皮层相互作用网络缺乏文献研究。仅仅有一些文章依据神经活动的先后顺序,推测了可能的皮层联系;这些可能的皮层联系随着心理旋转任务难度的变化而变化。特别地,一些研究者怀疑以汉字作为旋转刺激物时,心理旋转策略和脑皮层相互作用网络随着任务难度的变化而改变,而这一论断需要更多神经生理学证据的证明。因此,皮层之间相互作用分析有助于解释汉字心理旋转中的认知过程。神经工程师们为了描述大脑皮层之间的相互作用,提出了大量的定量脑电信号分析方法。与传统的方法,如互相关、交互信息和相干分析相比,基于格兰杰因果性(Granger Causality)的Partial directed coherence(以下简称PDC)分析成功地描述了皮层相互作用的方向性和强度。本文借助PDC描述认知处理中的皮层联系,我们试图利用基于脑电信号的多通道自回归模型,研究汉字心理旋转下的皮层相互作用网络。本研究中,我们设计汉字心理旋转实验,旋转角度分别为0°、±60°、±120°和180°,并采集9名志愿者的头皮脑电信号(男女比为6:3)。我们利用基于多变量格兰杰因果性的PDC分析方法,来分析皮层之间的相互作用关系。我们发现,在±60°和±120°情况下,不论是在顶叶还是运动皮层,侧向的脑半球间作用关系都表现为从右到左,而且随角度的增加而加强。顶叶和运动皮层之间的主要相互作用,在±60°和±120°下是向前的;但在±120°时,出现了这两个皮层间双向的作用关系。对于180°,运动皮层的侧向相互关系消失,同样消失的还有顶叶与运动皮层之间的双向作用。这些发现揭示在汉字心理旋转情况下:(1)随着任务要求的变化,皮层相互作用网络是变化的;(2)在两侧半球的活动中,右脑担负着“起始”的角色。