《NeuroImage》：Differential representations of spatial environments in mPFC and hippocampus underpinning flexible navigation
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本研究通过fMRI和虚拟导航技术，探讨了在目标导向导航中，内侧前额叶皮层（mPFC）和海马体如何处理与先验经验对齐程度不同的路径规划问题。研究发现，前腹内侧前额叶皮层（AvmPFC）和后腹内侧前额叶皮层（PvmPFC）在导航的不同阶段（规划期 vs. 途中）功能分离，且海马体（尤其是右侧）在规划与熟悉路线方向不一致的捷径时更为活跃。该研究为理解空间图式记忆的神经基础提供了新证据，对揭示认知障碍疾病的早期空间导航缺陷具有重要意义。
当我们穿行于熟悉又陌生的城市街道，是依靠脑海中精确的“认知地图”进行导航，还是依赖过往经验形成的简化“图式”来快速决策？这背后涉及大脑如何协调细节记忆与概括性知识的关键科学问题。传统研究认为，海马体负责存储具体空间经历，而内侧前额叶皮层（medial Prefrontal Cortex, mPFC）则参与提取概括性的图式知识，但二者在复杂导航任务中的协同机制尚不明确。尤其当我们需要在陌生环境中规划一条从未走过的捷径时，大脑究竟如何利用碎片化记忆进行推理？这一过程对理解阿尔茨海默病等神经退行性疾病早期的空间认知衰退具有重要启示。
为揭示这一谜题，Paulina Maxim与Thackery I. Brown团队在《NeuroImage》发表研究，通过桌面虚拟现实（virtual reality）与功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）技术，让19名健康年轻成年人在多日实验中学习虚拟城镇路线，并在扫描仪内完成需灵活切换导航策略的“双解决方案任务”。研究首次发现，mPFC前部（anterior ventromedial PFC, AvmPFC）与后部（posterior ventromedial PFC, PvmPFC）子区在导航规划与执行阶段存在功能分离：当受试者面临需回溯熟悉路线的“反向捷径”任务时，AvmPFC在途中导航期活跃度更高，其神经表征泛化性更强；而PvmPFC则在规划期特异性编码环境身份信息，与海马体（尤其是右侧）共同支撑对陌生路径的推理。这一发现突破了以往将mPFC视为单一功能脑区的认知，为理解前额叶-海马环路在空间记忆整合中的分级处理机制提供了新视角。
研究采用事件相关fMRI设计，结合基于兴趣区（Region of Interest, ROI）的多元模式分析（Representational Similarity Analysis, RSA）和Fréchet距离（Fréchet Distance）行为量化方法。参与者先通过键盘在6个虚拟城镇中反复练习固定路线（第1天编码阶段），次日于fMRI扫描仪内完成两类捷径探测任务：一类捷径方向与熟悉路线一致（前向捷径），另一类需反向回溯（后向捷径）。关键创新点在于通过对比规划期（黑色屏幕，仅目标提示）与途中导航期（主动移动阶段）的脑活动差异，捕捉不同脑区在策略形成与在线执行中的动态贡献。
3.1 导航策略的个体化差异
通过Fréchet距离量化路径偏离程度，发现后向捷径任务中参与者更倾向于遵循熟悉路线（t = -4.90, p < 0.001），而前向捷径则更接近最优路径。这表明导航策略受路径方向与先验经验对齐程度的显著影响。
3.2 图式化表征的行为证据
项目记忆测试显示，受试者可快速将城镇中随机配对的地标（名人面孔、动物、工具）与特定环境关联，第2次测试准确率已达92%，表明其形成了基于类别的图式化记忆结构。面孔类别物品在回忆中优先被提取（首次测试占比74%），提示社会性线索在空间记忆整合中的潜在优势。
4.1 单变量fMRI结果
4.1.1 规划期与途中期的脑区参与差异
海马体（双侧）与PvmPFC在规划期活动显著高于途中期（左侧海马体t = 2.34, p = 0.031；右侧海马体t = 2.67, p = 0.016；PvmPFC t = 5.42, p < 0.001），而AvmPFC无显著差异。全脑分析进一步发现前扣带回（Anterior Cingulate Cortex, ACC）和左额中回（Middle Frontal Gyrus, MFG）在规划期优先激活。
4.1.2 方向特异性神经响应
后向捷径任务中，海马体与PvmPFC的规划期活动均显著增强（右侧海马体t = 2.82, p = 0.011；PvmPFC t = 3.70, p = 0.002），且其活动强度与路径偏离程度（Fréchet距离）呈正相关（AvmPFC r = 0.63, p = 0.004）。相反，前向捷径任务中仅PvmPFC表现显著规划期激活（t = 3.85, p = 0.001），提示后向路径对记忆检索需求更高。
4.2 多元fMRI结果
表征相似性分析显示，PvmPFC与右侧海马体在规划期对环境身份信息具有特异性编码（Within-town > Across-towns相似性），而AvmPFC则表现出跨环境泛化表征。途中导航期，AvmPFC的泛化表征与前向捷径效率呈负相关（r = -0.64, p = 0.003），提示其可能通过整合多环境信息支持在线决策优化。
研究结论表明，海马体与mPFC并非简单竞争关系，而是构成动态互补网络：PvmPFC与海马体协作实现环境特异性记忆检索，尤其在需突破经验依赖的导航场景中作用关键；AvmPFC则通过跨情境泛化表征，促进基于先验知识的快速决策。这种“前后分工、高低协同”的神经机制，为理解人类在复杂环境中平衡记忆精确性与决策效率提供了新框架，对开发早期认知障碍的导航行为标记物具有潜在价值。
