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研究背景

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

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研究方法
 

2.1、實驗被試

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、實驗設計

在正式實驗開始前，先通過握力裝置測得最大自發握力值（maximal voluntary force，MVF）。在正式實驗中，在距離被試0.6m的屏幕上呈現三個色條。其中兩個色條位于屏幕的固定位置，間隔距離為色條的寬度，為目標色條；另外一個色條隨著被試的握力值變化可以實時移動，為握力色條。目標色條的顏色在綠色與紅色之間變化，每種顏色各呈現4s；握力色條為藍色。被試的任務為，在目標色條開始呈現綠色時即施加握力，使得藍色握力色條可以正好移動到并保持在兩個目標色條之間，在目標色條變紅時停止施加握力。握力色條可以移動到目標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的高度范圍計算視覺角度，從而設置三種視覺增益條件（圖1）：0.05° (低)、0.5° (中)、3.0° (高)。實驗共有5個block，每個block中包含21個試次，每種視覺增益條件的試次各7個。

圖1. 實驗任務示意圖及三種視覺增益條件
 

2.3、數據采集和處理

實驗采用64導濕電極腦電帽（eegoTM Sports），實時數據采集采樣率為1kHz，CPz為參考，AFz為接地，每個電極的阻抗在5 k Ω以下。數據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的采樣率對數據進行重新采樣。以8秒時間窗進行分段，取被試開始運動前的2s和運動開始后的6s。采用小波變換對3-100Hz的腦電信號計算事件相關譜擾動(ERSP)。隨后，使用k-means聚類算法得到5個被認為有事件相關激活的皮層腦區：

圖2. 5個任務相關激活皮層腦區
 

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研究結果
 

3.1 事件相關譜相干

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

圖3. 不同腦區的平均事件相關譜擾動圖
 

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，且theta頻段的能量在其中起中介作用。具體來說，當theta頻段能量較低時，beta頻段能量越高，MFE越高；當theta頻段能量較高時，beta頻段能量與MFE無顯著相關。

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系
 

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實驗結論

放大視覺反饋通過減少視覺眼肌運動任務中的運動誤差來提高運動表現。本研究探討了如何通過控制視覺反饋改變視覺眼肌系統的神經振蕩活動。結果表明，當視覺增益較大時，額中部theta波的同步化程度及感覺運動區、后顳葉區beta波的同步化程度也更高。另外，當實際運動誤差更小時，額中部theta波的同步化程度更高。Theta波振蕩活動被發現在beta波振蕩和握力誤差的正相關關系中起到中介作用。本研究的意義在于揭示了額中部theta波振蕩活動在高精度視覺眼肌協調中的重要性。
 

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文獻名稱及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