记忆时，不同脑区如何工作？

来源：科技日报

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◎本报记者 于紫月

我们为什么能在瞬间记住一串验证码，快速口算出2×4×5×6的结果？我们又为何能在开车路上一边听导航、算时间和规划路线，一边还不忘躲避行人？这都依赖于大脑中高效的工作记忆系统。

任务变难时，大脑怎样快速分配资源、让多个区域协同配合，一直是认知神经科学关注的热点问题。近日，首都师范大学心理学院副研究员李瑾、副研究员曹丹团队与瑞士苏黎世大学教授约翰内斯·萨尔廷团队合作，研究了海马、内嗅皮层、外侧颞叶皮层3个脑区的联动过程，并揭示了内嗅皮层在工作记忆负荷动态变化中的枢纽效应，为理解工作记忆的神经基础提供了全新理论框架。相关论文近日发表于国际期刊《自然·通讯》。

探究不同脑区“协同作战”神经机制

有学者将人的记忆系统分为感觉记忆、工作记忆和长时记忆三类。

举个例子，买水果时，各色水果、服务人员、单价签等几乎所有进入感官的信息都会被大脑“登记”，这就是感觉记忆，亦称瞬时记忆；但如果人不予注意，大量信息会被很快忘掉。挑选了两三种水果后，称重时记住了每种水果的金额，就能估算出总价，这种短暂记住几个数字并进行运算的能力属于工作记忆的范畴。工作记忆是指大脑暂时保持和存储信息；后续如果不加深记忆，也会慢慢忘掉这些信息。如果有些居民常去这家水果店买水果，可以准确道出水果店的名字、地理位置，这就属于长时记忆，即大脑长时间存储信息的能力，这种信息几年甚至一辈子都不会忘记。

“这三类记忆中，工作记忆是一切高级认知功能的基石，也是当前认知心理学和认知神经科学中最活跃的研究领域之一。”日前，上述论文通讯作者李瑾在接受科技日报记者采访时说。

众所周知，大脑分为多个脑区，不同脑区各司其职，共同保障大脑这台“超算”稳定运行。

“此前有关工作记忆的研究多聚焦于单个脑区的独立作用，但探究不同脑区‘协同作战’的神经机制重要且必要，就像拼图一样，我们想做的就是补上这块碎片。”李瑾说。

再三权衡研究的科学性和实验的可行性后，团队精心选取了与工作记忆相关的3个主要脑区：海马、内嗅皮层和外侧颞叶皮层，并在通过伦理审查的情况下进行实验。

揭示内嗅皮层“中转站”功能

研究团队选取的这3个脑区分别具有哪些功能？

记者了解到，海马位于大脑内侧颞叶，因其卷曲如海马而得名。它是学习与记忆的关键结构，负责将短期记忆固化为长期记忆、整合信息、空间导航等功能。上世纪50年代，患者亨利·莫莱森（H.M.）在手术切除海马及邻近颞叶结构后，丧失了形成新陈述性记忆的能力。自H.M.病例报告发表以来，海马便一直位于记忆神经生物学研究的前沿。

内嗅皮层则与空间感关系密切，就像大脑的“北斗定位系统”。有研究发现，很多阿尔茨海默病患者的内嗅皮层脑区有所受损，而该病的典型症状之一就是感知空间能力衰退，患者经常找不到回家的路。

外侧颞叶皮层参与感觉信息的高级处理以支持记忆内容的表征，还负责接收和处理来自耳朵的听觉信息。当该区域受损时，可能会导致听力下降、失语、记忆力减退等症状。

“从生理位置上看，内嗅皮层正好连接海马与外侧颞叶皮层，其解剖结构决定了它可能在不同脑区的信息整合中发挥关键作用。基于此，我们希望深入探究这一‘中转站’的功能。”李瑾说。

首先，研究团队要求13名受试者在短时间内记住4个字母，随后这4个字母消失，等待3秒后，再呈现1个字母，并请受试者判断该字母是否在之前呈现的4个字母中出现过。

在此过程中，研究人员通过植入受试者脑部的电极实时记录了海马、内嗅皮层和外侧颞叶皮层的脑电活动，并观测其活跃程度。随后，研究团队加大了难度，将短暂记忆的4个字母变为6个、8个，以此来观测在不同负荷水平时脑区活动的变化。

实验结果表明，大脑会根据任务负荷的难易程度，灵活调整不同脑区的贡献值，从而展现出一种跨区域协同、应需而动的弹性策略。

文章第一作者、首都师范大学心理学院硕士研究生杨佳怡进一步介绍，在任务负荷较低时（记住4个字母），海马、内嗅皮层和外侧颞叶皮层各自发挥作用，功能贡献相对均衡；而随着负荷上升（记住6个、8个字母），内嗅皮层的能力逐渐凸显，逐步发挥枢纽功能。作为连接海马和外侧颞叶皮层的“中转站”，内嗅皮层在后两项实验中不仅贡献值显著提升，更展现出强大的跨脑区信息整合能力。

“我们进一步分析脑电信号时发现，当剔除与内嗅皮层相关的信息后，其他脑区的预测性能显著下降，凸显了其在高负荷状态下的关键枢纽地位。”该研究项目共同负责人曹丹说。

该研究项目合作者约翰内斯·萨尔廷认为，该研究成果让人们更清晰地了解了各脑区在复杂认知网络处理中所扮演的角色及协同机制。

推动疾病治疗与大脑潜能开发

李瑾认为，该研究成果或将提示临床神经调控相关方向的新路径。后续可围绕内嗅皮层在疾病状态下的功能变化，以及它与其他脑区连接模式的异常展开研究，为寻找疾病潜在干预靶点、设计创新治疗策略提供理论依据。

例如，通过时间干涉刺激、颅内电刺激等神经调控方式，有的放矢地对内嗅皮层等脑区进行刺激和功能加强，或有望治疗阿尔茨海默病等神经类疾病。

“当然，这些设想还需大量严谨的基础与临床研究进一步验证。”李瑾透露，下一步团队将继续深入完善该系列研究，计划从内侧颞叶向全脑区进行突破，从更宏观的层面探究大脑各区域协同工作机制；致力于提高脑区的亚区域分辨率，对包括内嗅皮层在内的关键脑区进行更精细的功能解析，从而更精确地理解神经资源如何动态分配以适应不同认知需求，进一步揭示大脑适应认知负荷和行为需求的奥秘。

该研究成果不仅可应用于疾病治疗的“缺陷补偿”路径，还可拓展至潜能开发领域。

李瑾畅想，未来，人们有可能通过特定训练重点加强内嗅皮层的功能，以提升记忆力和大脑活跃度。正常人可尝试进行一些能够逐步增加工作记忆负荷的训练，可以从简单的短期记忆任务开始，如记住少量数字或词语，再逐渐增加记忆内容的数量、复杂度和记忆时间要求；还可以玩一些记忆类游戏，如连连看的进阶版，不仅要记住卡片位置，还要记住卡片之间的关联规则；或者可以进行复杂的空间导航训练，如在虚拟或现实环境中记忆路线并完成特定任务。

“脑科学研究的独特魅力，在于它既能揭示神经精神疾病本质、引领精准防治，又能增进人类健康福祉。”曹丹说。