記憶時，不同腦區(qū)如何工作？

我們?yōu)槭裁茨茉谒查g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(guī)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(tǒng)。

任務變難時，大腦怎樣快速分配資源、讓多個區(qū)域協(xié)同配合，一直是認知神經(jīng)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(nèi)斯·薩爾廷團隊合作，研究了海馬、內(nèi)嗅皮層、外側顳葉皮層3個腦區(qū)的聯(lián)動過程，并揭示了內(nèi)嗅皮層在工作記憶負荷動態(tài)變化中的樞紐效應，為理解工作記憶的神經(jīng)基礎提供了全新理論框架。相關論文近日發(fā)表于國際期刊《自然·通訊》。

探究不同腦區(qū)“協(xié)同作戰(zhàn)”神經(jīng)機制

有學者將人的記憶系統(tǒng)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(shù)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(xù)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(jīng)科學中最活躍的研究領域之一?！比涨?，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(qū)，不同腦區(qū)各司其職，共同保障大腦這臺“超算”穩(wěn)定運行。

“此前有關工作記憶的研究多聚焦于單個腦區(qū)的獨立作用，但探究不同腦區(qū)‘協(xié)同作戰(zhàn)’的神經(jīng)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(qū)：海馬、內(nèi)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(nèi)嗅皮層“中轉站”功能

研究團隊選取的這3個腦區(qū)分別具有哪些功能？

筆者了解到，海馬位于大腦內(nèi)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(fā)表以來，海馬便一直位于記憶神經(jīng)生物學研究的前沿。

內(nèi)嗅皮層則與空間感關系密切，就像大腦的“北斗定位系統(tǒng)”。有研究發(fā)現(xiàn)，很多阿爾茨海默病患者的內(nèi)嗅皮層腦區(qū)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(jīng)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(nèi)容的表征，還負責接收和處理來自耳朵的聽覺信息。當該區(qū)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(nèi)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(qū)的信息整合中發(fā)揮關鍵作用?；诖?，我們希望深入探究這一‘中轉站’的功能?！崩铊f。

首先，研究團隊要求13名受試者在短時間內(nèi)記住4個字母，隨后這4個字母消失，等待3秒后，再呈現(xiàn)1個字母，并請受試者判斷該字母是否在之前呈現(xiàn)的4個字母中出現(xiàn)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(nèi)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?yōu)?個、8個，以此來觀測在不同負荷水平時腦區(qū)活動的變化。

實驗結果表明，大腦會根據(jù)任務負荷的難易程度，靈活調(diào)整不同腦區(qū)的貢獻值，從而展現(xiàn)出一種跨區(qū)域協(xié)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(nèi)嗅皮層和外側顳葉皮層各自發(fā)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(nèi)嗅皮層的能力逐漸凸顯，逐步發(fā)揮樞紐功能。作為連接海馬和外側顳葉皮層的“中轉站”，內(nèi)嗅皮層在后兩項實驗中不僅貢獻值顯著提升，更展現(xiàn)出強大的跨腦區(qū)信息整合能力。

“我們進一步分析腦電信號時發(fā)現(xiàn)，當剔除與內(nèi)嗅皮層相關的信息后，其他腦區(qū)的預測性能顯著下降，凸顯了其在高負荷狀態(tài)下的關鍵樞紐地位?！痹撗芯宽椖抗餐撠熑瞬艿ふf。

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

推動疾病治療與大腦潛能開發(fā)

李瑾認為，該研究成果或將提示臨床神經(jīng)調(diào)控相關方向的新路徑。后續(xù)可圍繞內(nèi)嗅皮層在疾病狀態(tài)下的功能變化，以及它與其他腦區(qū)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(chuàng)新治療策略提供理論依據(jù)。

例如，通過時間干涉刺激、顱內(nèi)電刺激等神經(jīng)調(diào)控方式，有的放矢地對內(nèi)嗅皮層等腦區(qū)進行刺激和功能加強，或有望治療阿爾茨海默病等神經(jīng)類疾病。

“當然，這些設想還需大量嚴謹?shù)幕A與臨床研究進一步驗證?！崩铊嘎叮乱徊綀F隊將繼續(xù)深入完善該系列研究，計劃從內(nèi)側顳葉向全腦區(qū)進行突破，從更宏觀的層面探究大腦各區(qū)域協(xié)同工作機制；致力于提高腦區(qū)的亞區(qū)域分辨率，對包括內(nèi)嗅皮層在內(nèi)的關鍵腦區(qū)進行更精細的功能解析，從而更精確地理解神經(jīng)資源如何動態(tài)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(fā)領域。

李瑾暢想，未來，人們有可能通過特定訓練重點加強內(nèi)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(shù)字或詞語，再逐漸增加記憶內(nèi)容的數(shù)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(lián)規(guī)則；或者可以進行復雜的空間導航訓練，如在虛擬或現(xiàn)實環(huán)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(jīng)精神疾病本質、引領精準防治，又能增進人類健康福祉?！辈艿ふf。