記憶時，不同腦區如何工作？

我們為什么能在瞬間記住一串驗證碼，快速口算出2×4×5×6的結果？我們又為何能在開車路上一邊聽導航、算時間和規劃路線，一邊還不忘躲避行人？這都依賴于大腦中高效的工作記憶系統。

任務變難時，大腦怎樣快速分配資源、讓多個區域協同配合，一直是認知神經科學關注的熱點問題。近日，首都師范大學心理學院副研究員李瑾、副研究員曹丹團隊與瑞士蘇黎世大學教授約翰內斯·薩爾廷團隊合作，研究了海馬、內嗅皮層、外側顳葉皮層3個腦區的聯動過程，并揭示了內嗅皮層在工作記憶負荷動態變化中的樞紐效應，為理解工作記憶的神經基礎提供了全新理論框架。相關論文近日發表于國際期刊《自然·通訊》。

探究不同腦區“協同作戰”神經機制

有學者將人的記憶系統分為感覺記憶、工作記憶和長時記憶三類。

舉個例子，買水果時，各色水果、服務人員、單價簽等幾乎所有進入感官的信息都會被大腦“登記”，這就是感覺記憶，亦稱瞬時記憶；但如果人不予注意，大量信息會被很快忘掉。挑選了兩三種水果后，稱重時記住了每種水果的金額，就能估算出總價，這種短暫記住幾個數字并進行運算的能力屬于工作記憶的范疇。工作記憶是指大腦暫時保持和存儲信息；后續如果不加深記憶，也會慢慢忘掉這些信息。如果有些居民常去這家水果店買水果，可以準確道出水果店的名字、地理位置，這就屬于長時記憶，即大腦長時間存儲信息的能力，這種信息幾年甚至一輩子都不會忘記。

“這三類記憶中，工作記憶是一切高級認知功能的基石，也是當前認知心理學和認知神經科學中最活躍的研究領域之一。”日前，上述論文通訊作者李瑾在接受筆者采訪時說。

眾所周知，大腦分為多個腦區，不同腦區各司其職，共同保障大腦這臺“超算”穩定運行。

“此前有關工作記憶的研究多聚焦于單個腦區的獨立作用，但探究不同腦區‘協同作戰’的神經機制重要且必要，就像拼圖一樣，我們想做的就是補上這塊碎片。”李瑾說。

再三權衡研究的科學性和實驗的可行性后，團隊精心選取了與工作記憶相關的3個主要腦區：海馬、內嗅皮層和外側顳葉皮層，并在通過倫理審查的情況下進行實驗。

揭示內嗅皮層“中轉站”功能

研究團隊選取的這3個腦區分別具有哪些功能？

筆者了解到，海馬位于大腦內側顳葉，因其卷曲如海馬而得名。它是學習與記憶的關鍵結構，負責將短期記憶固化為長期記憶、整合信息、空間導航等功能。20世紀50年代，患者亨利·莫萊森（H.M.）在手術切除海馬及鄰近顳葉結構后，喪失了形成新陳述性記憶的能力。自H.M.病例報告發表以來，海馬便一直位于記憶神經生物學研究的前沿。

內嗅皮層則與空間感關系密切，就像大腦的“北斗定位系統”。有研究發現，很多阿爾茨海默病患者的內嗅皮層腦區有所受損，而該病的典型癥狀之一就是感知空間能力衰退，患者經常找不到回家的路。

外側顳葉皮層參與感覺信息的高級處理以支持記憶內容的表征，還負責接收和處理來自耳朵的聽覺信息。當該區域受損時，可能會導致聽力下降、失語、記憶力減退等癥狀。

“從生理位置上看，內嗅皮層正好連接海馬與外側顳葉皮層，其解剖結構決定了它可能在不同腦區的信息整合中發揮關鍵作用。基于此，我們希望深入探究這一‘中轉站’的功能。”李瑾說。

首先，研究團隊要求13名受試者在短時間內記住4個字母，隨后這4個字母消失，等待3秒后，再呈現1個字母，并請受試者判斷該字母是否在之前呈現的4個字母中出現過。

在此過程中，研究人員通過植入受試者腦部的電極實時記錄了海馬、內嗅皮層和外側顳葉皮層的腦電活動，并觀測其活躍程度。隨后，研究團隊加大了難度，將短暫記憶的4個字母變為6個、8個，以此來觀測在不同負荷水平時腦區活動的變化。

實驗結果表明，大腦會根據任務負荷的難易程度，靈活調整不同腦區的貢獻值，從而展現出一種跨區域協同、應需而動的彈性策略。

文章第一作者、首都師范大學心理學院碩士研究生楊佳怡進一步介紹，在任務負荷較低時（記住4個字母），海馬、內嗅皮層和外側顳葉皮層各自發揮作用，功能貢獻相對均衡；而隨著負荷上升（記住6個、8個字母），內嗅皮層的能力逐漸凸顯，逐步發揮樞紐功能。作為連接海馬和外側顳葉皮層的“中轉站”，內嗅皮層在后兩項實驗中不僅貢獻值顯著提升，更展現出強大的跨腦區信息整合能力。

“我們進一步分析腦電信號時發現，當剔除與內嗅皮層相關的信息后，其他腦區的預測性能顯著下降，凸顯了其在高負荷狀態下的關鍵樞紐地位。”該研究項目共同負責人曹丹說。

該研究項目合作者約翰內斯·薩爾廷認為，該研究成果讓人們更清晰地了解了各腦區在復雜認知網絡處理中所扮演的角色及協同機制。

推動疾病治療與大腦潛能開發

李瑾認為，該研究成果或將提示臨床神經調控相關方向的新路徑。后續可圍繞內嗅皮層在疾病狀態下的功能變化，以及它與其他腦區連接模式的異常展開研究，為尋找疾病潛在干預靶點、設計創新治療策略提供理論依據。

例如，通過時間干涉刺激、顱內電刺激等神經調控方式，有的放矢地對內嗅皮層等腦區進行刺激和功能加強，或有望治療阿爾茨海默病等神經類疾病。

“當然，這些設想還需大量嚴謹的基礎與臨床研究進一步驗證。”李瑾透露，下一步團隊將繼續深入完善該系列研究，計劃從內側顳葉向全腦區進行突破，從更宏觀的層面探究大腦各區域協同工作機制；致力于提高腦區的亞區域分辨率，對包括內嗅皮層在內的關鍵腦區進行更精細的功能解析，從而更精確地理解神經資源如何動態分配以適應不同認知需求，進一步揭示大腦適應認知負荷和行為需求的奧秘。

該研究成果不僅可應用于疾病治療的“缺陷補償”路徑，還可拓展至潛能開發領域。

李瑾暢想，未來，人們有可能通過特定訓練重點加強內嗅皮層的功能，以提升記憶力和大腦活躍度。正常人可嘗試進行一些能夠逐步增加工作記憶負荷的訓練，可以從簡單的短期記憶任務開始，如記住少量數字或詞語，再逐漸增加記憶內容的數量、復雜度和記憶時間要求；還可以玩一些記憶類游戲，如連連看的進階版，不僅要記住卡片位置，還要記住卡片之間的關聯規則；或者可以進行復雜的空間導航訓練，如在虛擬或現實環境中記憶路線并完成特定任務。

“腦科學研究的獨特魅力，在于它既能揭示神經精神疾病本質、引領精準防治，又能增進人類健康福祉。”曹丹說。