利用腦部神經影像進行與工作記憶相關研究

(一)頂葉(Parietal Lobe)

Roland 和Friberg(1985)的研究是第一個探索人類處數學能力相關神經區 域的實驗，它利用「正子斷層造影(Positron emission tomography，PET)」作 為研究工具，研究結果顯示，頂葉及額葉的新陳代謝在複雜計算過程中會增加。

這研究的結果和之前從腦傷病人的研究結果發現一致，證實「頂葉」在處理數字 上扮演關鍵角色(Roland & Friberg, 1985)。

Dehaene 等人(2003)的研究回顧相關的神經生理證據，並利用「功能性磁振 造影（functional magnetic resonance imaging，fMRI）」觀察在不同數字作 業時腦區的活化表現，區分出大腦頂葉區域在與數相關處理時的活動情形。他們 提出三個頂葉區域在數相關作業中運作的部位及其處理機制：

bilateralposterior parietal lobes（PSPL）、left angular gyrus（AG）和 bilateral horizontalsegment of the intraparietal sulcus（HIPS）。PSPL 與 視覺空間處理有關；AG 與數的語言處理（verbal processing）相關；而HIPS 則 與表徵數量有關，無論呈現方式是用阿拉伯數字、數字文字或點數（dots），當 受試者注意到數量時，HIPS 皆會活化。(Dehaene, Piazza, Pinel, & Cohen, 2003)

Lee（2000）的「fMRI」實驗中觀察兩種不同運算方式的大腦活動，發現在 做精算時，特別是相對於數學減法作業，數學乘法作業有比較多由長期記憶中提 取數值，頂葉區域left angulargyrus的活化程度較高。(Lee, 2000)

顏乃欣、郭文瑞等人（2014）的研究以「額葉」與「頂葉」為主要觀察的腦 區，並利用「fMRI」實驗探討數學乘法運算上題型變化上的所造成的認知負荷與 大腦活動之關係，研究結果中顯示：不同的數字負荷對心算者的認知負荷會造成 影響，主要表現的區域在左右腦之medial frontal gyrus、superiorparietal lobule 以及inferior parietal lobule 區域，並且在認知負荷量大的情況下，

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「左腦」有較大的活化。

(二) 內側顳葉（medial temporal lobe）

早期嘗試將記憶系統具體化的研究是從病患及動物的病變研究開始，而結果 顯示內側顳葉（medial temporal lobe，MTL）與長期記憶的編碼及提取相關 (Penfield & Milner, 1958; Scoville & Milner, 1957)，與短期記憶中工作記 憶的維持則沒有相互間的關係(Cave & Squire, 1992)，而這樣的結果在一些學 者研究中提出質疑。

在「fMRI」及臨床的研究中，發現 MTL 在工作記憶實驗中，不管是一個項目 或是多個項目的維持，MTL 都有著一定的貢獻(Aggleton, Shaw, & Gaffan, 1992;

Nichols, Kao, Verfaellie, & Gabrieli, 2006; Ranganath & D'Esposito, 2001;

Schon, Hasselmo, LoPresti, Tricarico, & Stern, 2004)。

Nichols 等人（2006）利用「fMRI」來觀察 MTL 對於工作記憶中的維持是否 有密切的關係，作者利用兩種測驗來評量工作記憶與長期記憶，結果顯示在工作 記憶維持的期間，顳葉中的海馬迴被活化，這與長期記憶編碼時的活化區域重疊，

也就是說不管在工作記憶的維持或是長期記憶的編碼中，所使用的腦區是相同的 (Nichols et al., 2006)。

後來也有研究提出了不同的結果，當大腦在進行對資訊的編碼及處理的過程 中，MTL 就有活化的現象(Cohen & Eichenbaum, 1993; Eichenbaum, 2004;

Eichenbaum, Dudchenko, Wood, Shapiro, & Tanila, 1999; Henke, Weber, Kneifel, Wieser, & Buck, 1999; Jensen & Lisman, 2005; Kumaran & Maguire, 2006; Schendan, Searl, Melrose, & Stern, 2003)，進一步確認 MTL 與工作記 憶間的關係。

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(三)額葉（Frontal Lobe）

許多相關研究指出：個體執行工作記憶作業時，「額葉區」負責處理工作記 憶中的記憶、提取，因此扮演了重要角色(Callicott et al., 1998; Jansma, Ramsey, Coppola, & Kahn, 2000; Owen, 1997; Owen, McMillan, Laird, &

Bullmore, 2005)。且「額葉區」的「Theta波」會隨著任務難度的增加而隨之 活躍(Jensen & Tesche, 2002; Klimesch et al., 2001; Onton, Delorme, &

Makeig, 2005) 。

也有研究說明了工作記憶主要活性區域是在「額葉」(Fingelkurts et al., 2003; McEvoy, Smith, & Gevins, 2000; Winterer et al., 2004) 。

Dalley, Cardinal,and Robbins (2004)在綜評文章中指出：腦前額葉 (prefrontal cortex)與多種認知過程和執行控制過程(executive processes) 有關，包含了工作記憶(working memory)、下決策、抑制性反應控制(inhibitory response control)、注意力的轉換心向(attentional set-shifting)以及時間 整合(temporal integration)等(Dalley, Cardinal, & Robbins, 2004)。

Jensen,Claudia D. Tesche（2002）的研究中，使用「MEG」來測量工作記 憶，並對於「前額葉」的「Theta波」進行觀察，研究結果顯示：（1）Theta波段 的能量會隨工作記憶的提升而增加、且（2）當運用工作記憶瀏覽及記憶時，相 關的theta值會伴隨著出現，在記憶任務結束後，theta值便隨之下降，也就是說，

Theta波段的能量在記憶期間會有持續性的活動(Jensen & Tesche, 2002)。

Gevins（1997）利用「EEG」進行與工作記憶相關的實驗，其研究結果顯示：

當實驗難度提高時，「前額θ波」的強度也隨之升高，而此時前額θ波對於實驗 中刺激物所傳遞的資訊形式並不敏感，也就是說前額θ波不因刺激物的資訊型態 改變而在強度上有顯著變化；而當實驗的操作時間拉長後，受試者即使在之前的 實驗已經歷過多次的練習與操作，前額葉θ波的強度仍然呈現上升的現象 (Gevins, Smith, McEvoy, & Yu, 1997)。

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廖宇璁（2009）在想像幾何旋轉動作與數學心算的研究中，利用「EEG」進 行分析發現，數學題目的難易程度與大腦能量的激發成正比，且大腦在處理數學 算術問題時，額葉區及頂葉區的能量較活躍，反觀枕葉區顯得較不活躍，而大腦 想像空間旋轉動作時，空間能量特徵與數學認知行為相似，都是在大腦「前額葉」

的能量最為顯著(廖宇璁, 2009)。

顏世杰（2007）在探討記憶、概念與心算複雜度在腦波的反應與評估研究中，

實驗結果顯示，當受試者在使用大腦前額的功能愈複雜時，大腦 θ 波平均功率 就會愈大，反之就愈小。(顏世杰, 2008)

Mizuhara 等人（2005）利用 fMRI 和 EEG 來研究人類處理數學運算時大腦的 活動情形，透過 fMRI 量測到大腦中血氧濃度的結果及腦電波的變化發現：大腦 在進行數學減法運算時，大腦反應的區域發生在左腦角迴和右腦頂葉較高區域之 間，另外右腦「背側前額葉皮質層（DLPFC）」也是能量集中的區域(Mizuhara, Wang, Kobayashi, & Yamaguchi, 2005)。

DLPFC（dorsolateral prefrontal cortex）

當我們針對「背側前額葉皮質」（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）

進一步探討時可發現，與工作記憶相關的「語音迴路」可能是由大腦左半邊所控 制，包含了顳葉及布氏區（Broca'sarea），「視覺」則受大腦右半邊影響，包含 了 fronto-parietal cortex 及頂葉皮層，而「中央執行系統」則是由前額葉皮 質所影響，其中，「背側前額葉皮質」在各種執行過程中扮演了關鍵的角色。

Funahashi 等人（1989）利用空間工作記憶的實驗來研究猴子的前額葉皮質，

研究結果顯示，DLPFC 負責處理大腦接收資訊後的維持。(Funahashi, Bruce, &

Goldman-Rakic, 1989)

D'Esposito 等人（1999）發現 DLPFC 在視覺與聽覺並行的工作記憶任務中，

扮演著協調的重要角色，為了進一步確認 DLPFC 在工作記憶中的重要性

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(D'Esposito, Postle, Ballard, & Lease, 1999)，Barbey 等人（2013）研究 了患有 DLPFC 損傷的病患，結果顯示，病患有處理聽覺與視覺資訊上的缺陷。這 些研究都指出 DLPFC 與工作記憶間的關係(Barbey, Koenigs, & Grafman, 2013)。

另一方面，當學者進一步探索 DLPFC 與工作記憶表現之間的關係時，發現藉 由工作記憶的訓練可以改變 DLPFC 的活動。Jansma 等人（2001）的研究中顯示 在持續練習聽覺的 Sternberg 實驗下，左側 DLPFC 的活化會減少，任務的反應時 間變短，準確率提升(Jansma, Ramsey, Slagter, & Kahn, 2001)；Olesen 等人

（2004）研究結果顯示，藉由視覺空間工作記憶實驗的訓練，會增加右側 DLPFC 的活化，訓練後的反應時間也會跟著減少(Olesen, Westerberg, & Klingberg, 2004)。

小結

根據上述的研究結果，個體在執行工作記憶任務時，頂葉區、顳葉區及額葉 區皆可能也有所涉及，不過，因為本研究使用儀器為「可攜式腦波儀」，我們在 選擇測量位置時需考量以下兩點：

1. 準確性：可攜式腦波儀在設計上為求輕便、方便測量，因此在硬體設計上的 接孔比較少，以減少受試者的不適，但就表示我們只能選擇最可能量測到的 點來測量。

2. 電極貼片限制：可攜式腦波儀的貼片無法黏貼於有毛髮的位置。

因此，由於許多文獻指出個體執行工作記憶作業時，「額葉區」扮演了重要 角色，且額葉區的位置可讓電極貼片直接接觸測量，本研究初步先選擇以「額葉 區」來量測，並為了觀察 DLPFC，電極貼片除了黏貼前額葉外，還黏貼前額葉的 左、右側共三點來測量。

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