性别在视觉工作记忆处理动态方面的差异

《Behavioural Brain Research》:Sex differences in visual working memory processing dynamics

【字体: 时间:2026年02月22日 来源:Behavioural Brain Research 2.3

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  视觉工作记忆的性别差异研究:45名大学生被要求完成包含五个大写字母编码和单个小写字母探测的任务,通过EEG相位同步分析发现女性在theta波段(100-200Hz)前额叶-右颞叶连接更强,男性在alpha(8-12Hz)和beta(13-30Hz)波段前额-顶叶连接更显著,揭示了性别特异性神经动态策略。

  
安德烈斯·A·冈萨雷斯-加里多(Andrés A. González-Garrido)|阿德里安·阿维拉-加里巴伊(Adrián ávila-Garibay)|史蒂文·沃尔特林(Steven Woltering)|法比奥拉·R·戈麦斯-贝拉兹克斯(Fabiola R. Gómez-Velázquez)|盖莎·B·加利亚多-莫雷诺(Geisa B. Gallardo-Moreno)
墨西哥哈利斯科州瓜达拉哈拉市弗朗西斯科·德·克韦多180号,阿尔科斯瓦亚塔社区(Col. Arcos Vallarta),瓜达拉哈拉大学神经科学研究所(Instituto de Neurociencias, Universidad de Guadalajara)。邮编:44130

摘要

关于性别对视觉空间工作记忆处理能力的影响已有多项研究,结果表明男性存在显著优势。然而,工作记忆处理过程中与性别相关的脑部连接动态变化仍不明确。我们利用相位锁定同步技术(phase-locking synchronization)分析了不同频率范围内的脑电图功能连接性,以评估性别在工作记忆(WM)处理的各个阶段(编码、保持和提取)中的影响。45名大学生(23名女性,22名男性)参与了这项研究,他们需要记住五个大写字母的组合,随后回忆一个作为测试的小写字母。行为数据显示,女性的反应时间较长,且在保持阶段(尤其是涉及左侧额叶和右侧颞叶区域时),她们的θ频率范围内的连接性指数更高。相比之下,男性在α频率范围内表现出更高的额顶叶连接性,在β频率范围内则表现出更高的连接性。研究结果表明,性别不仅影响行为反应,还导致了不同的脑功能动态,这可能解释了两种性别在认知处理策略上的差异。

引言

普遍认为,性别会导致成年群体在认知能力上存在细微但可重复的差异。工作记忆(WM)是研究最多的认知领域之一,因为它在支持各种复杂认知任务和发展结果方面起着关键作用。工作记忆是指能够暂时存储和操作信息以完成推理、问题解决和语言理解等任务的认知系统(参见[1]的综述),尽管其容量有限[2]。
从处理动态的角度来看,工作记忆被划分为几个阶段:编码——将感官信息转化为可存储的形式;保持/操作——保持信息的活跃性和可访问性;提取——根据任务需求提取信息[3]、[4]。
多项研究未能发现男性和女性在工作记忆总体容量上存在显著差异。施密特(Schmidt)及其同事[5]在N-back任务中未发现行为反应或脑激活方面的性别差异,这支持了海德(Hyde)[6]的元分析结论,即这些差异通常小于同一性别内的差异,表明两性的工作记忆能力相似。同样,沃耶(Voyer)、沃耶(Voyer)和圣奥宾(Saint-Aubin)[7]的元分析也未发现工作记忆总体容量上的性别差异。
尽管在表现指标上缺乏显著的性别差异,但已有研究报道了脑血流量、结构连接性和脑容量的差异[8]、[9]。男性表现出更大的半球内连接性、更高的模块化和传递性,而女性则主要表现出半球间连接性和更强的跨模态参与[10]。这些发现表明,根据工作记忆的需求,两性可能具有不同的分析能力和认知策略。
事实上,对男性和女性大脑在静息状态及执行不同认知任务时的功能组织的研究显示,它们在招募脑区以及激活量和分布上存在差异[11]、[12]、[13]。最近的实证数据表明,性别在工作记忆处理过程中的神经激活模式存在差异,具体表现为男性顶叶的激活更强,而女性前额叶皮层和前扣带回皮层的激活相对更高[14]。
由于工作记忆在日常生活中的重要性,它常用于临床和实验研究。总体而言,男性在视觉空间工作记忆表现上具有优势,而女性在空间位置记忆方面具有优势[7]。最新研究表明,当评估脑部连接性时,会出现与性别相关的半球差异,男性左侧半球的连接性更强;相反,女性右侧半球的连接性更强[15],这强调了在功能性成像研究中需要进一步评估活跃认知过程中的脑网络连接性。
重要的是,在本研究中,“与性别相关的差异”一词指的是根据自我报告的生物学性别分类的个体之间的群体级差异。我们认识到,认知表现和脑功能组织受到生物学、发展和社会文化因素的复杂影响。因此,观察到的差异不应被解释为不可改变或完全由生物学因素决定的,而应视为性别与经验相互作用的结果。这一概念框架有助于研究性别相关的脑功能动态变化,同时承认认知过程的多因素性质。
尽管多项神经影像学研究已经确定了与工作记忆处理直接相关的不同神经基础,如背外侧前额叶和后感觉皮层[1]、[16],但我们对这些结构的时间功能动态仍了解有限。因此,在执行工作记忆任务时,高时间分辨率方法(如EEG)被广泛使用。θ和α频率范围的数据与注意力、长期记忆、短期记忆和工作记忆等认知过程密切相关[17]、[18]、[19]。因此,发现了一些性别差异,例如男性在α频率范围内的功率较低[20],女性在执行视觉空间工作记忆任务时α频率峰值的调节能力更强[21],女性的δ和θ频率功率随年龄增长而降低,脑部连接性增加[22]等。
此外,研究发现男性更倾向于使用视觉空间策略来编码工作记忆中的信息,并且在编码阶段表现出更高的β和γ频率功率[23]。即使对于空间工作记忆任务,女性也更倾向于采用语言策略,这与女性海马体的左侧激活和男性海马体的右侧激活有关[24]。戈尔比(Golby)及其同事[25]的研究指出,记忆过程的侧化取决于材料类型、处理阶段和所采用的记忆策略。同一研究还表明,刺激的可言语性决定了编码过程中的侧化。语言刺激与左侧下前额叶和左侧内侧颞叶的激活相关,而模式刺激则与同侧区域的激活相关。
这些先前的研究,加上最近发现α和β频率范围的功能连接性是工作记忆表现的最强预测因子,θ频率范围的贡献次之[26],表明这些频率范围对理解工作记忆处理过程中的脑功能动态至关重要。
我们的目标是评估在执行视觉工作记忆任务时,性别相关的脑功能动态差异,比较不同性别在编码、保持和提取阶段的工作记忆处理过程中的脑部连接性。我们假设不会发现与性别相关的行为差异;然而,预计在编码阶段会出现性别之间的明显脑连接模式差异,尤其是θ和α频率范围。

研究片段

参与者

45名健康的右利手大学生(22名顺性别男性和23名顺性别女性),年龄在20至30岁之间,智商正常,通过个人邀请和社交网络招募参与研究。所有参与者要么已经获得本科学位,要么在研究时正在大学就读,至少接受过一年的大学教育。在EEG记录之前,研究人员对参与者进行了访谈。

行为数据

通过Wilcoxon秩和检验(W = 220,p =.5,Cliff’s delta = -0.13)分析正确回答的比例,发现两组在准确性方面没有显著差异(女性:M = 86.3%,SD = 8.5;男性:M = 88.2%,SD = 6.8)。然而,使用独立样本t检验(t(43) = 2,p =.03,Cohen’s d =.66)发现性别在反应时间上存在显著差异,女性的反应时间更长(M = 957,SD = 112),而男性则更快(M

讨论

尽管相关研究越来越多,但性别对视觉工作记忆任务行为结果的影响仍不明确。一些研究表明男性表现更好[46]、[47]、[48],个别研究提出个体短期记忆广度可能是调节因素[46]。另一方面,其他研究记录了女性在回忆多种内容类型(如单词、叙述、面孔和物体位置)方面的优势[49]。然而,还需要进一步的研究

结论

尽管本研究存在局限性,但研究结果提供了证据,表明男性和女性在工作记忆(WM)任务上的差异不仅体现在行为表现和孤立的EEG指标上,还体现在不同频率范围内的脑功能连接模式上,这些差异反映了工作记忆处理过程中编码、保持和提取阶段的动态交互作用。

局限性

几个限制因素制约了本研究结果的范围及其解释。首先,样本量较小,限制了检测微小效应的统计能力,且由于样本仅限于大学生,因此结果的普遍性也受到限制。其次,尽管所有参与者都接受了相同的指令,但个体在快速准确回答任务方面的内在动机差异可能会影响表现。

资金

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

作者贡献声明

阿德里安·阿维拉-加里巴伊(Adrián ávila-Garibay):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、项目管理、方法论、调查、数据分析、数据管理。史蒂文·沃尔特林(Steven Woltering):撰写——审稿与编辑。法比奥拉·R·戈麦斯-贝拉兹克斯(Fabiola R. Gómez-Velázquez):监督、方法论、概念化。盖莎·B·加利亚多-莫雷诺(Geisa B. Gallardo-Moreno):监督、方法论、概念化。安德烈斯·A·冈萨雷斯-加里多(Andrés A. González-Garrido):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、监督、方法论。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系,这些因素可能影响本文所述的工作。
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