抑制控制介导的注意与工作记忆神经分离机制研究

《Nature Communications》：Neural dissociation of attention and working memory through inhibitory control

本研究通过fMRI、tDCS和TMS等多模态技术，揭示注意选择与工作记忆编码是可分离的神经过程，发现缘上回(SMG)通过抑制性控制阻止无关信息进入工作记忆，挑战了传统"注意是工作记忆守门人"的经典理论，为理解大脑信息筛选机制提供了新视角。

　　

当我们面对纷繁复杂的外部世界时，大脑如何筛选重要信息并暂时存储以供使用？这一过程涉及两个核心认知功能：注意（attention）和工作记忆（working memory, WM）。传统观点认为，注意像一位"守门人"，负责筛选信息并将其送入工作记忆系统，两者共享相似的神经机制。然而，这种"连续性过程"的观点正受到新研究的挑战。

近日发表在《Nature Communications》的一项研究通过创新性的实验设计，结合多种先进神经科学技术，揭示了注意与工作记忆在神经层面的可分离性。研究发现，大脑并非简单地将注意到的信息自动编码到工作记忆中，而是通过一个主动的抑制性控制机制，阻止那些被注意但无需记忆的信息进入工作记忆系统。这一发现颠覆了长期以来的经典理论，为我们理解大脑信息处理机制提供了全新视角。

研究人员采用多模态技术方法开展此项研究。功能磁共振成像（functional MRI, fMRI）用于定位与注意-工作记忆分离相关的脑区；动态因果建模（dynamic causal modeling, DCM）分析脑区间的有效连接；经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation, tDCS）和经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS）提供因果性证据。实验采用改良的属性遗忘范式（attribute amnesia paradigm）和变化检测任务（change-detection task），样本包括来自广州高校的年轻成人参与者。

行为学验证注意与工作记忆的可分离性

研究首先通过fMRI实验中的属性遗忘任务，验证了注意选择与工作记忆编码在行为学上的可分离性。参与者需要报告面孔位置，但只有在后惊喜（post-surprise）条件下才需要记忆面孔身份。结果发现，在前惊喜（pre-surprise）条件下的首次惊喜试验中，参与者对面孔身份的报告准确率仅为48.98%，显著低于后续试验（p<0.05）。这表明当参与者没有记忆预期时，即使信息被充分注意，也未能被编码到工作记忆中。

缘上回（SMG）在抑制控制中的关键作用

全脑分析显示，右侧缘上回（supramarginal gyrus, SMG）在前惊喜条件下激活更强（68个体素，峰值坐标[55,-44,37]），提示其在抑制与记忆无关的目标面孔编码中起关键作用。相反，左背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex, dlPFC）、左辅助运动区（supplementary motor area, SMA）和左腹内侧前额叶皮层（ventromedial prefrontal cortex, vmPFC）在后惊喜条件下激活更强，表明这些区域参与面孔的主动存储。

面孔感知的神经表征差异

通过面孔定位任务确定的感兴趣区（region of interest, ROI）分析发现，在前惊喜条件下，双侧前颞叶（anterior temporal lobe, ATL）的激活峰值较低且衰减较早，而双侧梭状回面孔区（fusiform face area, FFA）的激活在两个条件间无差异。这表明身份表征（由ATL处理）在无需记忆时受到抑制，而类别表征（由FFA处理）不受影响。

SMG对ATL的抑制性连接

动态因果建模结果显示，前惊喜条件显著增强了从SMG到左ATL（t(48)=-2.462, p=0.017）和右ATL（t(48)=-2.199, p=0.033）的抑制性连接，而未发现SMG到FFA连接的显著调节效应。这进一步证实了SMG通过抑制身份表征阻止其进入工作记忆的神经机制。

tDCS调控验证SMG的因果作用

两项tDCS实验（分别使用面孔和形状刺激）表明，阳极刺激SMG可增强对无关信息的抑制控制。在面孔实验中，阳极组在相同身份条件下的反应时显著长于变化身份条件（平均差=-22.21 ms, p=0.011），而假刺激组无显著差异。形状实验重现了这一结果，证明了效应的普遍性。

TMS提供空间精确的因果证据

TMS实验进一步证实了SMG的抑制功能。连续θ脉冲刺激（continuous theta-burst stimulation, cTBS）组在相同身份条件下的反应时显著长于变化身份条件（平均差=-23.54 ms, p<0.001），而间歇θ脉冲刺激（intermittent theta-burst stimulation, iTBS）组和假刺激组无显著差异。这以更高的空间精度验证了SMG的抑制性作用。

本研究通过多模态证据揭示了注意与工作记忆编码是可分离的神经过程，SMG作为关键节点，通过抑制性控制调节被注意信息向工作记忆的过渡。这一发现挑战了注意作为工作记忆"守门人"的传统观点，提出了"神经分离"新模型。研究不仅阐明了大脑优化认知资源分配的神经机制，也为理解相关神经精神疾病（如注意缺陷多动障碍、工作记忆损伤等）的病理机制提供了新视角。未来研究可进一步探讨这种抑制性控制机制在不同人群、发育阶段和病理条件下的变化规律。