Yksilöllinen vaihtelu työmuistiprosesseihin liittyvissä alfa-oskillaatioissa

Objectives: According to previous observations, the magnitude of variation in the working memory-related electroencephalographic (EEG) alpha oscillations between different subjects is remarkable. The purpose of this study was (1) to find out whether the standard deviation in the oscillatory responses between subjects and within the subject is greater in the alpha band than in the lower or higher frequencies, (2) to examine individual oscillatory responses of subjects, and (3) to localize the neural sources of working memory encoding and retrieval related alpha synchronization and desynchronization and study the effects of different source localizations to the observed oscillatory responses during an auditory working memory task. Methods: Eighteen subjects performed a modified version of Sternberg's memory search paradigm in which they were auditorily presented memory sets consisting of five words. The subjects' task was to decide whether the probe word was included in the previously presented memory set. EEG was recorded during the task and the data was analyzed using the event-related synchronization/desynchronization (ERS/ERD), clustering, and beamforming methods. Both averaged and individual alpha band event-related spectral perturbations (ERSP), standard deviations of ERSP responses between and within the subjects, power spectra of the subjects, and source localization results of the ERSP responses were examined. Results and conclusions: ERSP responses averaged across the subjects support previous studies: Alpha-band ERS was perceived during the memory encoding and alpha-band ERD during the memory retrieval. Standard deviations of the ERSP responses both in the group and individual level were greater in the alpha band than in the lower or higher frequencies. The individual ERSP responses varied remarkably which is not observed in studies that examine only averaged ERSP responses. Calculating distances between individual and averaged ERSP responses and clustering the obtained values provided important information on the individual variation of these responses. Memory encoding -related alpha ERS and memory retrieval -related alpha ERD sources were localized in the occipital and parietal brain areas when these responses were similar to those obtained via averaging across the subjects. This finding, which is new in connection with auditorily presented stimuli, corresponds to the results of previously conducted visual working memory studies and reveals important general level knowledge of connections between working memory processes and oscillatory EEG responses.Tavoitteet: Havaintojen mukaan työmuistiprosesseihin liittyvissä alfa-kaistan oskillatorisissa aivosähkökäyrävasteissa (EEG) on huomattavaa vaihtelua koehenkilöiden välillä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli (1) selvittää, onko oskillatoristen EEG-vasteiden ryhmäkohtainen ja yksilökohtainen keskihajonta suurinta nimenomaan alfa-kaistalla, (2) tarkastella yksilökohtaisten ERSP-vasteiden laatua ja (3) paikantaa muistiinpainamiseen liittyvän alfa-synkronisaation ja muististahakuun liittyvän alfa-desynkronisaation neuraaliset lähteet kohenkilöillä sekä tarkastella lähteiden vaikutusta havaittuihin oskillatorisiin vasteisiin. Menetelmät: Kahdeksantoista koehenkilöä suoritti muokatun Sternberg-muistitehtävän, jossa heille esitettiin auditiivisesti viisi sanaa muistiinpainettavaksi sekä yksi kohdesana. Koehenkilöiden tehtävänä oli päättää, oliko kohdeärsyke esiintynyt aiemmassa sarjassa. Kokeen aikana koehenkilöiltä mitattiin aivosähkökäyrää. EEG-aineisto analysoitiin tapahtumasidonnaisen synkronisaation/desynkronisaation (ERS/ERD) menetelmää, klusterointia ja beamforming-menetelmää käyttäen. Tutkimuksessa tarkasteltiin alfa-kaistan keskiarvoistettuja ja yksilökohtaisia tapahtumasidonnaisia spektrin perturbaatioita (ERSP), ERSP-vasteiden ryhmäkohtaista ja yksilökohtaista keskihajontaa, koehenkilöiden tehospektrejä sekä oskillatoristen vasteiden lähdepaikannustuloksia. Tulokset ja johtopäätökset: Koehenkilöiden kesken keskiarvoistetut ERSP-vasteet tukevat aiempia tutkimuksia: muistiinpainamisen aikana alfa-taajuuksilla havaittiin ERS:ta ja muistista haun aikana ERD:ta. Koehenkilöiden oskillatoristen vasteiden keskihajonta oli sekä ryhmä- että yksilötasolla suurempaa alfa-kaistalla kuin tätä matalammilla tai korkeammilla taajuuksilla. Yksilökohtaiset oskillatoriset vasteet vaihtelivat merkittävästi, mikä ei tule ilmi tutkimuksissa, joissa tarkastellaan ainoastaan koehenkilöiden yli keskiarvoistettuja oskillatorisia vasteita. Yksilöllisten vasteiden etäisyyden mittaaminen keskiarvovasteisiin nähden ja näiden etäisyyksien klusteroiminen tarjosi tärkeää tietoa vasteiden yksilöllisestä vaihtelusta. Muistiinpainamiseen liittyvän alfa-ERS:n ja muististahakuun liittyvän alfa-ERD:n neuraaliset lähteet paikantuivat pääosin aivojen taka- ja keskiosiin vasteiden muistuttaessa keskiarvoistuksessa esille tulevia vasteita. Tämä auditiivisten ärsykkeiden yhteydessä uusi havainto vastaa aiemmissa visuaalisissa työmuistikokeissa saatuja tuloksia ja paljastaa tärkeää tietoa työmuistiprosesseiden ja oskillatoristen EEG-vasteiden yhteydestä yleisellä tasolla