Cognitive load is considered in cognitive load theory (CLT) as the amount of information that working memory can hold at one time. Previous studies have suggested that the change in cognitive load affects attention levels and neural responses of the involved cortical regions during working memory tasks. Moreover, prior working memory research suggests that the engagement of cortical regions during working memory depends on the property of maintained information according to task goals. However, it remains unclear how goal-dependent different properties of maintained information in working memory affect cognitive load-dependent cortical responses. To address this, the present study performed a functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiment based on the semantic and visual working memory tasks with two cognitive load levels. Whole-brain mapping revealed that greater cognitive load increased neural response levels in the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and parietal cortex during both semantic and visual working memory tasks, indicating a common effect of cognitive load between tasks. In contrast, in the posterior cingulate cortex (PCC) and dorsal medial prefrontal cortex (DMPFC), there was a decrease in neural response levels with a concomitant increase in cognitive load during both working memory tasks. However, a markedly different tendency was found in the response levels of the visual cortex between tasks. While a cognitive load-dependent decrease in neural response levels was found during visual working memory, little effect of cognitive load on neural response levels was observed during semantic working memory in the visual cortex. Taken together, these results demonstrate that different properties of maintained information during working memory affect cognitive load-dependent responses prominently in low-level cortical regions such as the visual cortex, rather than in high-level areas.
인지부하 이론에서 인지부하는 작업 기억 중 한 번에 유지할 수 있는 정보의 양으로 설명한다. 기존 연구에 따르면 작업 기억 과제 중 인지부하의 변화는 주의 정도 및 관여하는 피질 영역의 신경 활성도에 영향을 준다. 또한, 과제 목표에 따른 작업 기억 정보의 특성에 따라 다른 피질 영역이 관여한다는 주장이 제안되어 왔다. 그러나 작업 기억 중 유지되는 정보의 다른 특성이 인지부하에 의한 피질 반응에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서는 확실히 밝혀진 바가 없다. 이를 알아보기 위해 본 연구에서는 두 가지 인지부하 단계를 갖는 의미 및 시각 작업기억 과제를 바탕으로 기능적 뇌자기공명영상 기법을 통한 실험을 수행했다. 전체 뇌 활성도 분석 결과, 인지부하가 더 클 때 배외측 전전두피질과 두정피질에서의 신경 활성도의 증가가 나타났다. 이러한 인지부하 효과는 의미 및 시각 작업기억 과제 모두에서 공통으로 나타났다. 반면, 후측대상피질과 배내측 전전두피질에서는 두 가지 작업기억 과제 중 수반되는 인지부하의 증가로 인한 신경 활성도의 감소가 관찰되었다. 이러한 의미 및 시각 작업기억 과제에서 공통적으로 나타나는 변화와 다르게 시각피질에서는 유지 정보 특성에 따라 신경 활성도가 현저히 다르게 변화되었다. 시각 작업기억 과제 중에서는 인지부하 증가에 의한 신경 활성도 감소가 발견된 반면, 의미 작업기억 과제 중 시각피질에서 인지부하의 영향은 거의 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 작업기억 유지 정보에 특이적인 인지부하에 따른 신경반응은 상위 피질영역보다 시각피질과 같은 하위 피질영역에서 더 두드러지게 나타난다는 점을 제시한다.
