工作记忆（WM）依赖于对有关信息的优先处理和对无关信息的抑制。优先处理有关信息与外侧前额叶皮层的θ频率神经振荡有关，抑制无关信息与枕顶叶皮层的α振荡有关。在这里，作者使用一个有回溯性性线索的工作记忆范式来操纵优先级和抑制任务需求，以此来分别驱动前额叶皮层的θ振荡和顶叶皮层的α振荡。为了检验这些神经震荡的因果作用，作者在功能性磁共振成像所识别的前额叶和顶叶区域分别应用θ或α频率的有节律的经颅磁刺激（TMS）。节律性TMS对WM性能的影响取决于TMS频率是否匹配预期的由潜在任务驱动的目标区域的振荡。目标区域的功能性磁共振成像预测了被试随后的TMS效应，结果证实了θ振荡对应神经活动兴奋，α振荡对应抑制。这些结果共同表明了前额叶θ振荡和顶叶α振荡在WM表征中的分离作用。
文章重点： 研究方法：
实验一：行为实验，测试被试的工作记忆容量，并且删除掉对提示性线索“无感”的被试(因为这部分被试在TMS干预时注定无效)；
实验二：fMRI任务，根据该任务对接下来的TMS干预的ROI进行定位； 实验三和四：TMS分别干预左侧MFG和左侧IPS。 研究结果：
任务驱动情况下，频率和位置匹配的TMS使得WM容量大于不匹配条件时的WM容量；在非任务驱动情况下，TMS无效；也就是说TMS发挥作用是点对点的，而不是提高general的表现。
任务驱动情况下，左MFG活动与MFG-TMS效应正相关显著，而在非任务驱动情况下则不显著。
研究结论：前额叶θ振荡和顶叶α振荡各司其职，互相平衡。
正文： 研究方法： 被试：
根据保护人类被试委员会和加州大学伯克利分校的指南，作者获得了37名被试的知情同意。排除标准包括：体内植入装置或金属、幽闭恐惧症、耳鸣或听力问题、色盲、个人或家族癫痫或惊厥史、个人晕厥史、过去24小时内使用药物或酒精史、怀孕（所有女性均做尿检）、头部病史创伤、神经系统疾病、慢性或短暂睡眠障碍、慢性压力、高血压、过去三个月内任何心理状况的药物干预。在37名被试中，有8名被排除在功能磁共振成像和颅磁刺激干预之外，因为他们没有通过回顾线索范式的行为筛查。另有9名被试因无法按时完成所有课程而退出研究。20名被试（7名男性，年龄平均21.3岁，标准差为3.1岁）完成了所有四个实验阶段，并被纳入最终分析。 流程和行为任务：
整个实验设计包括四个阶段：
一个最初的行为测试阶段来筛选被试执行任务的能力，一个功能磁共振成像扫描阶段来定位感兴趣区以供后续的TMS干预，以及两个TMS干预阶段分别刺激左侧额中回(middle frontal gyrus, MFG)和顶叶下沟(inferior intraparietal sulcus, IPS)，刺激顺序进行了平衡。每个阶段都在单独的一天内完成。
在最初的行为筛选中，被试完成了一项带有回溯线索提示的变化觉察WM任务（图1A）。在每个试次中，在一个注视点周围放置两个彩色正方形阵列，持续500ms。这两个记忆阵列始终位于视野的对侧，每个项目与注视点的距离相等。在每个试次中，左、右阵列包含相同数量的刺激（每个阵列两个、三个或四个项
目）。在1000ms的延迟时间后，在注视点的位置，回溯线索提示（50%的试次）或中性提示（50%的试次）呈现100ms。回溯线索为指向左侧或右侧视野的箭头。要求被试“记住”来自提示视野的阵列，并“忘记”来自对侧视野的阵列；在回溯性线索条件下，测试阵列即为要求被试记住的阵列。中性提示采用双向箭头的形式，不提供关于即将到来的测试阵列的信息；要求被试继续记住两个阵列。
在第二次延迟1000 ms后，在与原始阵列相同的位置，在注视点的左侧或右侧用测试阵列测试被试。被试指出整个测试阵列是否与记忆阵列的颜色匹配，或者是否至少有一种颜色发生了变化。在不匹配的试次中，测试阵列可以包含一种不在任何一个记忆阵列中的新颜色，一种来自未测试阵列的颜色，或者两个阵列中的两种颜色发生交换。被试用右手食指（匹配）或中指（不匹配）按下按钮，反应时间控制在2000ms内。记忆阵列大小和回溯性线索与中性线索的条件是混合的、随机的和平衡的。
作者使用九种颜色的固定刺激。彩色方块可以出现在12个不同的位置，在注视点周围等间距分布。在每个试次中，两个记忆阵列被随机地放置在每一个视觉半视野中，每个半视野有六个可能的位置。在编码显示中，记忆阵列从不相邻，因此它们之间总是至少有一个空位置。在筛选阶段，被试平均每个条件进行90.32±30.36个试次，每个条件至少进行36个试次。
作为初步评估，作者比较了回溯性提示线索和中性提示线索的反应时间和准确性。在组水平上，被试表现出相对于中性提示的行为改善：工作记忆容量增加（t（36）=2.53，p=0.016，d=0.42），且反应时间减少（t（36）=11.70，p=7.95 3 10，d=1.00）。接下来，通过比较个体在两种线索中的表现，，筛选个体利用回溯性提示线索的能力。作者进行了这个筛选过程，使包括在TMS干预中的被试更有可能表现出一种回溯线索的收益，并产生节律性TMS靶向的内源性神经振荡信号。在筛选出的37名被试中，有8名表现出行为表现较差，在回溯性提示线索中的表现低于或等于中性线索，因此没有参与接下来的功能磁共振成像和TMS干预。
对于TMS后的行为实验，则根据初步评估的结果将其限定为固定的记忆数量，旨在通过避免地板和天花板效应对表现的影响，最大限度地发挥TMS对行为的影响。例如，如果一个被试在记忆3个项目时表现出了回溯性线索的增益作用，而在记忆4个项目时没有，则将其记忆项目的数量限定为3，因为该实验旨在研究回溯性线索的认知加工。所有其他的被试被分配到一个4的记忆数量。在完成整个流程并纳入分析的20名被试中，8名被试的记忆数量被设定为3。
fMRI和ROI定位
行为筛选后，被试接受核磁共振成像，以便获得高分辨率解剖扫描，用于三维立体定位导航，并在随后的TMS干预中定位左额叶中回（MFG）和左顶叶下沟（IPS）。被试执行与行为筛选阶段相同的任务，但基于筛选阶段的表现，将记忆数量设置为固定大小。根据功能磁共振成像程序的时间限制完成3到6个run。每个run包括40个试次。总的来说，在4种条件下（2视野*2线索类型），每名被试至少有30个试次，平均47.89个试次。
核磁共振数据是在加州大学伯克利分校的Henry H. Wheeler脑成像中心用西门子3T仪器采集的。作者收集了高分辨率的结构扫描以用于TMS定位和多个scan的fMRI扫描，以定位特定任务激活的左侧MFG和IPS（图1所示位置）。扫描参数暂且略过。
使用SPM12对fMRI数据进行预处理。除非另有说明，否则所有预处理步骤都在SPM12中执行。解剖图像去除颈部（AFNI），手动重新定位到前连合，用平均偏倚校正进行分割，并标准化到MNI空间。在高于平均值（AFNI）的三个标准差处对功能数据进行去尖峰化、时间校正、与平均功能图像对齐、手动重新定位到前连合、标准化到MNI空间并用4 mm的半高宽核进行平滑。
在MNI空间中对fMRI数据进行GLM分析，其中包括每个条件（回溯性线索-左侧视野，回溯性线索-右侧视野，中性线索-左侧视野，中性线索-右侧视野）的回归项和没有做出反应的试次的回归项。每个试次开始于编码呈现那一个时间点，持续时间为被试做出反应的时间（相对于测试开始的平均反应时间为967.3 ms，标准偏差为125.9 ms）。如果没有做出反应，则持续时间包括完整的2s。上述回归函数与典型血流动力学反应函数卷积。作者还包括8个协变量：6个头动参数和白质和脑脊髓液中的平均信号。通过SPM12对解剖图像的分割，计算脑白质和脑脊液的mask。
根据任务态激活和元分析报告的坐标（MFG【-40，39，23】和IPS【- 34，-76，26】），分别为每个被试定义用于TMS定位的坐标。每个被试的TMS靶向坐标定义方式如下：设置所有条件和基线的contrast，提取contrast中激活的区域，然后找到最接近元分析的坐标，且解剖上限定于额叶中回和顶叶下沟。最初选择p<0.001的起始阈值，然后降低，直到每个被试发现一个超过阈值的团块。在MNI空间中，被试左MFG的平均坐标为（33.70, 42.70, 27.70），标准偏差为（6.10, 6.03, 6.63）；左IPS的平均坐标为（30.60, 78.80, 23.80），标准偏差为（3.90, 4.18, 6.19；图1C）。在MNI空间中定义了特定于被试的坐标之后，在这个点周围创建一个8mm的球形ROI，然后从MNI空间转换到原始空间，作为TMS的目标。
无创脑刺激
在第三和第四个阶段中，分别在不同的时间将在线节律性TMS传送到左侧MFG或IPS，使用MagStim Super Rapid-2 Plus1刺激器（MagStim figure 8 70mm双气膜线圈，英国惠特兰，MagStim），顺序进行平衡。计算每个被试的运动阈值（MT），将线圈强度校准到其特定的灵敏度水平。为了计算MT，在被试右手第一背侧骨间肌上安装了一个电极。单脉冲TMS以45度角传送到左运动皮质相应的手部区域，直到TMS脉冲可靠地激发出运动诱发电位（MEP），定义为比基线至少高70微伏的瞬时电压增加。一旦产生MEP，其强度就降低到能产生一半MEP（如，10次中能产生5次）的水平。
一种定制的4个110% MT的双相脉冲序列训练，频率为5Hz（θ频率）、10Hz（α频率）或无节律。在TMS干预中，被试被监测是否有强迫性实验的迹象，并被鼓励有任何不适时及时告知主试。为了确保TMS定位的准确性，作者使用Rogue Research的BrainSight v2.2.11和北方数字北极星光谱红外相机将被试头部的解剖地标记录到他们的解剖MRI扫描和立体定位三维跟踪中。从单个被试的功能磁共振成像数据得到的被试特定坐标覆盖在被试的解剖图像上。计算垂直于颅骨的颅磁刺激轨迹。两个TMS部位的线圈角度在前后方向保持不变。TMS感应电流的模型预测了沿线圈角度的最大电场。这些模型可以通过有限元模型进一步说明，表明最大
感应电场在垂直于线圈角度的回转冠中。作者选择TMS线圈的角度沿额叶中回和顶叶内沟方向，并根据被试的特殊的脑回几何结构，期望电场强度在该靶区内变化。在TMS干预过程中，实验人员借助MagStim线圈夹持器和连续实时立体定位跟踪，积极保持TMS线圈的稳定位置。在每个TMS训练结束后，产生一个TTL脉冲，记录线圈相对于目标轨迹的位置。如果TMS线圈位置偏离目标轨迹大于5mm（平均1.66%，标准偏差2.19%的试验被删除），则在分析中将该试次剔除。由于技术原因，一个被试的一个序列没有可用的立体定向追踪数据，但该序列的所有试次仍然都包括在分析中。
先前的一项实验发现，行为相关的α振荡在回溯性线索开始后的300到800ms之间，θ振荡在回溯性线索开始后的100到600ms之间。基于这些振荡的时间，作者在回溯性线索开始后100 ms发送一列TMS，以最大程度地与这两个相关的时间窗口重叠（图1D）。每一个双相TMS脉冲是一个短暂的事件，仅持续约
0.25ms。因此，α频率序列由4个脉冲TMS组成，脉冲间隔为100 ms（10 Hz），总持续时间为300 ms（图1B所示），θ频率TMS由4个脉冲TMS组成，脉冲间隔为200ms（5Hz），总持续时间为600ms（图1A所示），用失节律的TMS作为控制刺激，解释在同一时间窗内接收TMS脉冲的非频率特异性生理效应。失节律的TMS的总持续时间在α和θ频率TMS（300～600ms）之间变化。对失节律的TMS序列进行约束，使每个脉冲至少间隔20 ms。随机产生每个失节律序列，并检查其是否接近α或θ频率脉冲模式。如果所有三个间隔的值都在80-120 ms范围内，或者如果所有三个间隔的值都在180-220 ms范围内，则丢弃生成的脉冲，并随机生成新脉冲。为了控制每个被试的TMS的非频率特异性效应，作者通过对比α/θ TMS和失节律的TMS计算每个条件的差异分数，例如，用右侧视野回溯性线索对MFG的αTMS减去右侧视野回溯性线索对MFG的失节律的TMS。这些差异分数用于所有统计分析。此过程还控制不同被试的记忆数量的影响。
为了最大化统计检验能力，TMS实验设置的记忆数量是固定的，并且只有回溯性线索条件。被试完成两次TMS干预：每个TMS部位随机干预一次，按顺序进行平衡。每个TMS训练包含8个block，每个block48个试次（共六个条件）：θTMS-右视野、αTMS-右视野、失节律TMS-右视野、θTMS-左视野、αTMS-左视野和心失节律TMS-左视野）【有对应的刺激MFG和IFS两套，所以实际条件共有12种：θ-MFG-右视野、α-MFG-右视野、失节律-MFG -右视野、θ-MFG -左视野、α-MFG -左视野和心失节律-MFG -左视野；θ-IFS -右视野、α-IFS -右视野、失节律-IFS -右视野、θ-IFS -左视野、α-IFS -左视野和心失节律-IFS -左视野】。总
的来说，每个被试在每次TMS干预中完成了384个试次（两次TMS干预中共768个试次），在每个实验条件下总共完成了64个试次。
图1 实验设计流程
量化与统计分析 主要数据分析
为了控制记忆数量大小的差异，并且假设作者使用了全部的记忆数量作为测试，作者使用Pashler的容量度量来计算WM容量。Pashler的容量计算为【记忆负载*命中率（匹配试次的正确命中）*误报率（非匹配试次的错误反应）】/【1-误报率】。
作者的主要分析是检验由回溯性线索引起的预期θ和α振荡下，TMS的频率特异性效应。对于左侧MFG-TMS，作者使用的条件是右侧（对侧）有一个回溯性线索。在这种情况下，在对侧视野中呈现的信息必须优先。对于左侧IPS-TMS，作者使用了一个左侧（同侧）回溯性线索的条件。【编者注：这里有一个很绕的重要的点：当采用右侧视野时，右侧优先，使用的是左侧MFG的优先功能；当采用左侧视野时，右侧抑制，使用的是左侧IFS的抑制功能。引申一下，这篇文章设计的很好的一点是，优先和抑制都选择了左半球，这样的话两个脑区的功能可以互相独立出来，不然如果选择的左侧MFG和右侧IFS进行干预，则导致的结果是右侧视野的优化和左侧视野的抑制，两个效应无法进行分离】在这种情况下，对侧视野中的信息
必须被抑制。作者对容量和反应时间进行了2*2（TMS位点【MFG vs IFS】*TMS频率【θ vs α】）重复测量方差分析（ANOVA）。作者对实验设计进行了优化，使
CURRENT BIOLOGY θ和α振荡在工作记忆控制中作用的因果证据
