2023年1月24日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室宋艳教授课题组与北京师范大学珠海校区认知神经工效研究中心特聘副研究员黄景合作在《NeuroImage》杂志上在线发表题为“Prioritizing flexible working memory representations through retrospective attentional strengthening”的研究论文。该工作采集了33名成人被试进行回溯线索下视觉工作记忆任务时的脑电和行为数据，通过使用个体化的多变量机器学习，揭示了在记忆过程中，有效回溯线索通过增强目标特征的表征来优化灵活的工作记忆表征，支持目标强化假说（图1）。本研究为回溯注意通过灵活增强目标表征来提高工作记忆精度提供了神经生理学基础，并强调了额顶注意网络在控制工作记忆表征中的关键作用。
工作记忆的认知资源有限但灵活，注意力就像一扇门，有选择地允许任务相关信息进入工作记忆。尽管有丰富的证据支持注意对工作记忆表征的促进作用，但其潜在的认知加工和神经基础尚不清楚。关于注意如何优化工作记忆，先前的研究提出了两种不同的假设：目标强化或非目标抑制。然而，很少有研究能同时检测注意对工作记忆中的目标和非目标表征的改变，虽然先前的研究检验了反应回溯线索益处对应的ERP变化，但ERP并不能直接反映工作记忆中的内容。因此，目前还缺乏直接的神经生理学证据来检验注意对目标和非目标表征的改变以及潜在的神经振荡机制，以支持两种不同的注意力假设。
图1.多变量机器学习方法对回溯性线索下视觉工作的目标特质进行编码
本研究的多变量模式分类分析结果支持了目标强化假说，同时进一步的单变量分析发现，有效的回溯线索调节了前额叶中θ波的试次间相位相干性(ITPC)和ERP成分（图2），并与个体差异和行为结果的波动相关，这表明注意准备过程中的特质和状态水平的变异性都影响目标导向行为。
图2. 回溯线索注意引发了前额叶θ波更大的ITPC，同时能够预测更高的工作记忆精度
值得注意的是有效的回溯注意力增加了额顶叶θ-α相位-振幅耦合（PAC）（图3），并预测了随机猜测概率的降低。这种长程的连接支持了在额顶网络中自上而下参与的信息流，可以组织注意力状态来整合目标特质。
图3. θ-α相位-振幅耦合分析结果，有效回溯线索条件下额叶与所有顶枕电极之间的PAC指数均大于中性回溯线索条件。
该项研究工作得到了国家自然科学基金（31871099，31871099, 32200870）和科技创新2030(2022ZD0211300)项目的资助。北师大宋艳课题组博士生李东伟和硕士生胡怡清为本论文的并列第一作者，北师大宋艳教授和黄景特聘副研究员为通讯作者，北师大博士后赵晨光、研究生祁梦迪、伯明翰大学Ole Jensen教授也对此项工作做出了重要贡献。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2023.119902
相关研究成果：
1. Li, D., Luo, X., Guo, J., Kong, Y., Hu, Y., Chen, Y., Zhu, Y., Wang, Y., Sun, L., Song, Y., 2022. Information-based multivariate decoding reveals imprecise neural encoding in children with attention deficit hyperactivity disorder during visual selective attention. Human Brain Mapping. 44, 937–947.
2. Guo, J., Luo, X., Kong, Y., Li, B., Si, B., Sun, L., & Song, Y. (2022). Abnormal Reactivity of Brain Oscillations to Visual Search Target in Children With Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging.
3. Li, B., Guo, J., Zhao, C., Luo, X., Kong, Y., Chen, Y., ... & Song, Y. (2022). Lack of an association between anticipatory alpha oscillations and attentional selection in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. Clinical Neurophysiology, 138, 25-37.
4. Luo, X., Guo, J., Li, D., Liu, L., Chen, Y., Zhu, Y., ... & Sun, L. (2021). Atypical Developmental Trajectories of Early Perception Among School-Age Children With Attention Deficit Hyperactivity Disorder During a Visual Search Task. Child Development, 92(6), e1186-e1197.
5. Guo, J., Luo, X., Li, B., Chang, Q., Sun, L., & Song, Y. (2020). Abnormal modulation of theta oscillations in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. NeuroImage: Clinical, 27, 102314.
6. Guo, J., Luo, X., Wang, E., Li, B., Chang, Q., Sun, L., & Song, Y. (2019). Abnormal alpha modulation in response to human eye gaze predicts inattention severity in children with ADHD. Developmental cognitive neuroscience, 38, 100671.
7. Luo, X., Guo, J., Liu, L., Zhao, X., Li, D., Li, H., ... & Sun, L. (2019). The neural correlations of spatial attention and working memory deficits in adults with ADHD. NeuroImage: Clinical, 22, 101728.
8. Wang, E., Sun, M., Tao, Y., Gao, X., Guo, J., Zhao, C., ... & Song, Y. (2017). Attentional selection predicts rapid automatized naming ability in Chinese-speaking children with ADHD. Scientific reports, 7(1), 1-9.
9. Wang, E., Sun, L., Sun, M., Huang, J., Tao, Y., Zhao, X., ... & Song, Y. (2016). Attentional selection and suppression in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging, 1(4), 372-380.
