工作记忆中动态处理序列信息的神经机制

《COGNITIVE, AFFECTIVE & BEHAVIORAL NEUROSCIENCE》：Neural mechanisms underlying dynamic manipulation of sequential information in working memory

该研究通过fMRI和多种分析方法，揭示主动序列重组的神经机制：前额顶网络激活、默认模式网络抑制，并发现功能连接重组，前扣带回整合，中额叶协调网络间交互。

　　

摘要

在工作记忆中维持和操作序列信息对于复杂的认知功能（如语言处理和行动规划）至关重要。尽管先前的研究已经详细探讨了被动序列维持的神经基础，但动态序列操作背后的机制仍不甚明了。这项功能性磁共振成像（fMRI）研究采用了单变量分析、多变量模式分析以及功能连接性方法，以区分支持主动序列重组的神经机制与被动维持机制。31名健康成年人参与了数字排序任务，该任务包含两种条件：单纯回忆（维持预先排序的序列）和重新排序后再回忆（动态组织随机序列）。单变量分析显示，与维持序列相比，操作任务显著激活了额顶叶网络（FPN），同时抑制了默认模式网络（DMN）。多变量模式分析进一步证明，在额顶叶区域内可以解码出与操作相关的特定神经表征，这表明这些区域在信息转换过程中起着关键作用。更重要的是，功能连接性分析揭示了操作过程中网络结构的动态重组，表现为FPN内部连接性的增强以及FPN与DMN之间的显著解耦。在这一重组后的网络结构中，前扣带回皮层成为FPN中的整合中心，而中间额叶则负责调节FPN与DMN之间的相互作用。这些发现为工作记忆的操作提供了全面的多层次解释，强调了其不仅依赖于局部神经激活，还依赖于大规模的、需求驱动的大脑网络重组，这种重组需要关键皮层中枢精确协调网络的分离与整合。