该文章由GY Bae 等于 2024年发布在《NeuroImage》期刊上，标题为《EEG decoding reveals task-dependent recoding of sensory information in working memory》。

工作记忆（Working Memory，WM）通过保持近期获得的感官信息支持未来的行为。该研究测试了WM重新编码感官信息以更好地支持行为目标的假设，研究使用多变量EEG分类方法解码颜色。研究发现，在旋转条件下，解码仅限于刺激编码期，而在非旋转条件下，其在维持期内依然显著，表明颜色信息在该情境中积极保持。后续分析表明，这种延长的解码并不仅仅是由注意的隐性转移驱动，而是由感官信息重新编码为与动作相关的响应格式驱动。这些结果表明WM根据具体任务情境灵活地重新配置感官信息，以优化后续行为表现。

研究背景

该研究探讨了工作记忆（WM）如何处理非空间颜色信息的保持与重新编码问题。尽管已有研究主要关注WM在保持空间信息方面的作用，但对非空间信息（如颜色）的机制仍然不够清晰。研究通过使用颜色延迟估计任务和EEG解码技术，分别在旋转和非旋转条件下，揭示了颜色信息在工作记忆中的保持机制。在旋转条件中，颜色解码仅限于刺激编码阶段，显示出短暂的解码效果；而在非旋转条件中，颜色解码持续到保持期，表明颜色信息得到了更为精确和持续的保持。这表明，工作记忆能够迅速将非空间颜色信息重新编码为行动相关的格式，从而在特定任务背景下优化行为表现。这一发现扩展了现有对工作记忆感官信息处理机制的理解，表明WM在处理不同类型的感官信息时表现出灵活性。

研究方法

该研究首先通过颜色分类任务，确定 6 种颜色类别（粉红、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色）的最佳代表颜色（基于 von Mises 分布拟合）。最终为每个类别选择两个靠近代表色的色调，生成 （6类）12 种颜色刺激用于工作记忆实验。

实验设计

该研究探讨了工作记忆中的颜色信息保持过程。每个试验从500毫秒的中央注视点开始，随后呈现200毫秒的彩色和灰色同心圆，颜色从12种中随机选择。试验过程中，灰色同心圆提示出现500毫秒后持续100毫秒，提醒即将进行的报告阶段。随后展示一个颜色轮，参与者通过鼠标点击颜色轮报告记忆中的颜色。

实验分为旋转和非旋转两个条件：任务分为两种情境：颜色圆盘的方向随机旋转或非旋转。在旋转条件下，参与者需要记住确切的颜色，而在非旋转条件下，参与者可以根据颜色与其在颜色圆盘上的固定映射来准备响应。每个试验间隔1000毫秒，每60次试验后参与者休息。每位参与者在独立的试验区块中分别完成旋转和非旋转条件的试验。

EEG解码分析

在解码分析之前，分别对每个试验的原始 EEG 数据进行6 Hz的低通滤波处理，去除α波活动（8-12 Hz），以确保解码不受α波活动影响。主要解码分析集中于六个颜色类别的解码，并将每个类别的两个实例合并为一个数据矩阵，生成四维数据矩阵：时间（90个时间点，每20 ms一个数据点，总时间窗口为[−500, 1296] ms）、颜色类别（6个类别）、试次（每个类别90个个体试次）和电极位置（59个头皮电极）。

为了解码颜色，研究使用了支持向量机（SVM）和错误校正输出编码（ECOC）模型。解码了每个时间点从 -500 ms 到 +1296 ms 的数据。使用了三折交叉验证，将数据分为三个相等大小的试次组（每个组30个试次），每组试次进行平均，生成ERP信号的头皮分布。使用SVM进行二元分类（一个颜色类别与其余五个类别区分开）。整个解码过程包括从−500 ms到+1296 ms的90个时间点，每20 ms一个数据点。后续解码分析包括使用α波的空间模式进行解码和一对一的颜色对比解码。解码准确性通过非参数集群置换方法进行统计分析，通过随机标签置换构建空假设分布。时间泛化分析研究了颜色信息随时间的变化，通过跨时间点的训练和测试来分析。跨条件解码分析则比较了无旋转条件与旋转条件之间颜色表示的相似性，以及无旋转条件中是否存在响应独立的颜色信息。

研究结果

空间ERP活动模式包含工作记忆中的特定颜色信息

使用SVM分类器基于ERP信号的空间模式来解码六种颜色类别（机会水平为1/6）。在旋转条件下，解码率显著高于机会水平，主要在编码阶段（100–460 ms，p < .001，单尾），相比之下，在无旋转条件下，解码率一直维持在机会水平之上，直到保持任务结束（60–1296 ms，p < .001，单尾）。集群置换分析证实了两个条件在保持阶段的时间点存在显著差异（440–1296 ms，p < .001，双尾）。由于六个类别在颜色空间上分布不均匀，因此需要确认无旋转条件下在维持期的延续解码并非由于各个颜色类别的可解码性不平衡所驱动。进行了维持期（500–1296 ms）的混淆矩阵分析，结果如混淆矩阵所示，所有测试的颜色类别在无旋转条件下最常被正确分类为对应的颜色类别。

感觉色彩信息在无旋转条件下被重新编码为动作导向的响应格式

在无旋转条件下，色彩解码在刺激出现后约500毫秒维持高于机会水平，表明色彩信息被重新编码为动作导向的响应格式。根据结果可知在编码期顶枕区电极位置有明显的双边正电位，反映了色彩信息在早期视觉区域的感受性编码。而在维持期，电极位置的正电位更为不对称，显示了动作导向编码的特征。通过跨时间解码分析，研究发现编码期和维持期的数据无法通用，表明编码格式发生了变化。进一步的交叉解码分析也支持了这一结论，即在无旋转条件中，色彩信息最初以感受性格式编码，并在维持期重新编码为动作导向格式。

无旋转条件下的注意隐性转移对色彩信息的维持作用极其有限

为了探讨注意隐性转移在维持色彩信息中的作用，使用了α波活动的空间模式进行解码分析。结果表明：在旋转条件下，α波解码在整个时间窗内均未显著，表明α波活动的空间模式不包含非空间的色彩信息。在无旋转条件中，色彩信息在刺激呈现期（0–200 ms）出现了一定的显著解码，并在维持期（550–720 ms，p < 0.001，单尾）出现了显著解码。然而，这种解码并未与旋转条件显著不同。

动作导向的重新编码使类别内色彩信息的精确维护成为可能

无旋转条件相比旋转条件，色彩报告更为精确，表明将色彩信息重新编码为动作导向的响应格式使得色彩信息的精确维护成为可能。为了进一步支持这一结论，采用了成对解码方法（例如，粉红色1与粉红色2对比），而非从全集色彩中解码个别颜色（例如，粉红色1与其他所有颜色对比），进而避免类别信息对解码的贡献。结果表明：旋转条件中个别颜色的解码在整个时间窗口中均不显著。然而，无旋转条件在维护期显示出显著的时间窗口（640–1080 ms, p < .001，单尾），解码明显优于旋转条件（840–1020 ms, p < .001）。这些结果提供了进一步的证据，证明将色彩信息动作导向编码使得特定色彩信息的精确维护成为可能，从而在无旋转条件中获得更精确的色彩报告。

讨论与结论

该研究探讨了工作记忆（WM）如何将非空间颜色信息重新编码为与动作相关的响应代码以更好地支持后续行为。研究发现，知道具体动作的情况下（即无旋转条件），颜色报告更精确且反应更快速，而在没有具体动作的情况下（即旋转条件），颜色解码率在维护期间显著降低。进一步分析表明，颜色信息在无旋转条件中最初以动作独立的感官格式编码，但很快转变为动作导向的响应格式，这种再编码过程增强了颜色信息的精确保持，从而促进了更好的行为表现。这些结果支持了WM根据具体任务需求灵活重新配置感官信息以支持行为目标的观点。

该研究发现，工作记忆迅速将感官颜色信息重新编码为与动作相关的响应格式，从而增强了未来的工作记忆导向的行为。这一发现支持了工作记忆根据具体任务情境灵活重新配置感官信息的假设。

原文链接

Bae G Y, Chen K W. EEG decoding reveals task-dependent recoding of sensory information in working memory[J]. NeuroImage, 2024, 297: 120710.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120710

文章来源：https://mp.weixin.qq.com/s/3Sg9aZTxNt5nC-che7UbKA