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研究背景

利用視覺信息控制運(yùn)動(dòng)是一種重要的功能，先行研究指出，該功能由alpha波和beta波的皮層震蕩活動(dòng)支持。本研究旨在探索與高級認(rèn)知功能有關(guān)的額中部theta波及枕葉gamma波振蕩如何參與這一功能。
 

02

研究方法
 

2.1、實(shí)驗(yàn)被試

研究共有17名有效被試，平均年齡為23.5±2.2歲，年齡范圍20-30歲。
 

2.2、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在正式實(shí)驗(yàn)開始前，先通過握力裝置測得最大自發(fā)握力值（maximal voluntary force，MVF）。在正式實(shí)驗(yàn)中，在距離被試0.6m的屏幕上呈現(xiàn)三個(gè)色條。其中兩個(gè)色條位于屏幕的固定位置，間隔距離為色條的寬度，為目標(biāo)色條；另外一個(gè)色條隨著被試的握力值變化可以實(shí)時(shí)移動(dòng)，為握力色條。目標(biāo)色條的顏色在綠色與紅色之間變化，每種顏色各呈現(xiàn)4s；握力色條為藍(lán)色。被試的任務(wù)為，在目標(biāo)色條開始呈現(xiàn)綠色時(shí)即施加握力，使得藍(lán)色握力色條可以正好移動(dòng)到并保持在兩個(gè)目標(biāo)色條之間，在目標(biāo)色條變紅時(shí)停止施加握力。握力色條可以移動(dòng)到目標(biāo)色條之間所需的握力值為15%MVF。
 

基于被試眼睛到屏幕的距離以及握力色條浮動(dòng)的高度范圍計(jì)算視覺角度，從而設(shè)置三種視覺增益條件（圖1）：0.05° (低)、0.5° (中)、3.0° (高)。實(shí)驗(yàn)共有5個(gè)block，每個(gè)block中包含21個(gè)試次，每種視覺增益條件的試次各7個(gè)。

圖1. 實(shí)驗(yàn)任務(wù)示意圖及三種視覺增益條件
 

2.3、數(shù)據(jù)采集和處理

實(shí)驗(yàn)采用64導(dǎo)濕電極腦電帽（eegoTM Sports），實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集采樣率為1kHz，CPz為參考，AFz為接地，每個(gè)電極的阻抗在5 k Ω以下。數(shù)據(jù)離線處理采用帶通濾波1-100Hz，以全腦平均為重參考電極，以250Hz的采樣率對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新采樣。以8秒時(shí)間窗進(jìn)行分段，取被試開始運(yùn)動(dòng)前的2s和運(yùn)動(dòng)開始后的6s。采用小波變換對3-100Hz的腦電信號計(jì)算事件相關(guān)譜擾動(dòng)(ERSP)。隨后，使用k-means聚類算法得到5個(gè)被認(rèn)為有事件相關(guān)激活的皮層腦區(qū)：

圖2. 5個(gè)任務(wù)相關(guān)激活皮層腦區(qū)
 

03

研究結(jié)果
 

3.1 事件相關(guān)譜相干

研究結(jié)果顯示，額中部theta波的同步化程度在高視覺增益條件下更高（p < .05）。感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)及后顳葉區(qū)beta波的去同步化程度在高視覺增益條件下更高（p < .01）。

圖3. 不同腦區(qū)的平均事件相關(guān)譜擾動(dòng)圖
 

3.2、中介分析

Beta頻段的能量值與平均握力誤差（Mean Force Error，MFE）呈正相關(guān)，且theta頻段的能量在其中起中介作用。具體來說，當(dāng)theta頻段能量較低時(shí)，beta頻段能量越高，MFE越高；當(dāng)theta頻段能量較高時(shí)，beta頻段能量與MFE無顯著相關(guān)。

圖4. 受到theta波能量中介作用影響的beta波能量與握力誤差之間的關(guān)系
 

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實(shí)驗(yàn)結(jié)論

放大視覺反饋通過減少視覺眼肌運(yùn)動(dòng)任務(wù)中的運(yùn)動(dòng)誤差來提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。本研究探討了如何通過控制視覺反饋改變視覺眼肌系統(tǒng)的神經(jīng)振蕩活動(dòng)。結(jié)果表明，當(dāng)視覺增益較大時(shí)，額中部theta波的同步化程度及感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)、后顳葉區(qū)beta波的同步化程度也更高。另外，當(dāng)實(shí)際運(yùn)動(dòng)誤差更小時(shí)，額中部theta波的同步化程度更高。Theta波振蕩活動(dòng)被發(fā)現(xiàn)在beta波振蕩和握力誤差的正相關(guān)關(guān)系中起到中介作用。本研究的意義在于揭示了額中部theta波振蕩活動(dòng)在高精度視覺眼肌協(xié)調(diào)中的重要性。
 

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文獻(xiàn)名稱及DOI號

Watanabe, T., Mima, T., Shibata, S., & Kirimoto, H. (2021). Midfrontal theta as moderator between beta oscillations and precision control. NeuroImage, 235, 118022.

doi：10.1016/j.neuroimage.2021.118022