靶向人类 V1 区扰乱视觉工作记忆保真度：为工作记忆机制研究 “拨云见日”

视觉工作记忆的神经机制一直是神经科学研究的热点。此前研究对初级视觉皮层（V1）在工作记忆中的必要性存在争议。为解决该问题，研究人员开展了利用经颅磁刺激（TMS）靶向人类 V1 区的研究。结果发现 TMS 扰乱了视觉工作记忆保真度，该研究为工作记忆机制研究提供了新方向。

　　在大脑的 “记忆舞台” 上，视觉工作记忆一直是备受瞩目的 “主角”，它就像一个临时的信息储存库，帮助人们在短时间内记住刚刚看到的事物，对日常的认知、学习和生活至关重要。长期以来，科学家们认为前额叶皮层（prefrontal cortex）是工作记忆的 “核心舞台”，就像记忆的 “总指挥”，其神经元活动能在感知和记忆引导的行为之间架起一座 “记忆桥梁”。然而近年来，人类神经成像研究却发现了一个令人惊讶的现象：初级视觉皮层（V1，primary visual cortex）的神经活动模式竟然也能解码视觉工作记忆的内容，这就好像在记忆的 “舞台” 上，突然发现了一个原本被忽视的 “重要配角”。

但 V1 在视觉工作记忆中究竟扮演着怎样的角色？是不可或缺的 “关键演员”，还是仅仅是一个 “跑龙套” 的存在？这个问题一直困扰着科学界。一方面，有研究表明 V1 的活动可能编码了在工作记忆中存储视觉特征所需的表征，支持了感觉募集模型（sensory recruitment model）；另一方面，由于猕猴神经生理学和人类神经成像研究在 V1 神经活动在记忆保留期间是否持续存在这一关键问题上存在分歧，加上 V1 受损会影响视觉编码，使得 V1 对工作记忆的必要性难以确定。

为了揭开这个谜团，纽约大学（New York University）的研究人员 Mrugank Dake 和 Clayton E. Curtis 开展了一项极具创新性的研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：

1. 功能磁共振成像（fMRI，functional magnetic resonance imaging）与视网膜定位映射：通过 fMRI 扫描，绘制出参与者 V1 的视网膜定位图，确定其感受野特性，从而为后续精准刺激 V1 奠定基础。
2. 经颅磁刺激（TMS，transcranial magnetic stimulation）技术：利用 TMS 在工作记忆维持或编码阶段，对特定的 V1 区域进行刺激，以观察其对记忆行为的影响。
3. 脑电图（EEG，electroencephalography）记录：同步记录 EEG，监测 TMS 刺激时大脑神经电活动的变化，从神经生理层面探究 TMS 对工作记忆的影响。
4. 记忆引导扫视任务（memory-guided saccade task）：让参与者完成该任务，通过分析扫视的准确性等指标，评估工作记忆的表现。

研究结果如下：

1. TMS 对记忆引导扫视准确性的影响：在实验 1 中，研究人员发现，在记忆延迟中期对 V1 施加 TMS，会显著增加位于刺激所引起的光幻视区域内目标的记忆误差。与无 TMS 刺激相比，以及与光幻视区域镜像半视野中的目标相比，这种误差增加更为明显，且对光幻视区域外目标的记忆误差无显著影响，这证实了 TMS 靶向 V1 对工作记忆表现的视网膜定位特异性效应。在实验 2 中，不仅重复验证了实验 1 的结果，还发现 TMS 在记忆延迟早期（视觉目标消失时）施加，同样会损害光幻视区域内目标的记忆准确性。
2. TMS 对扫视指标的影响：进一步分析扫视指标发现，TMS 在延迟中期或早期施加，对扫视反应时间和峰值速度均无显著影响，这表明 TMS 所观察到的效应不能用速度 - 准确性权衡或扫视减慢来解释。同时，记忆引导扫视误差由径向（增益）和切向（角度）误差共同驱动，且 TMS 对这两种误差成分的影响程度相当，说明 TMS 靶向 V1 引起的误差并非由某些系统性运动因素导致，而是与记忆密切相关。
3. 控制实验排除干扰因素：为排除光幻视的视觉干扰对实验结果的影响，研究人员进行了控制实验，向参与者呈现模拟光幻视。结果发现，模拟光幻视在目标同侧或对侧半视野呈现时，记忆误差无显著差异，从而排除了可见光幻视的干扰作用。
4. EEG 监测 TMS 对神经电活动的影响：通过 EEG 监测发现，在无 TMS 刺激时，记忆延迟早期，枕叶皮层电极上的 α 波功率在记忆目标对侧半球会降低，而 TMS 刺激后，这种 α 波的不对称响应减弱。同时，TMS 刺激后，α 波频段功率在约 500 毫秒内显著降低，β 波频段功率在约 250 毫秒内显著降低，这表明 TMS 不仅影响了行为记忆误差，还扰乱了工作记忆的神经生理特征。

研究结论和讨论：
综合以上研究结果，该研究表明 TMS 靶向人类 V1 会导致工作记忆缺陷，且这种缺陷在空间上局限于 TMS 脉冲诱导电场扰动的视觉区域。这一发现为早期视觉皮层在工作记忆中的重要性提供了直接因果证据，表明早期视觉皮层可能不仅仅参与视觉刺激的编码或巩固，对工作记忆的维持同样至关重要。

不过，研究也存在一些局限性。一方面，虽然研究人员靶向的是视网膜定位定义的 V1，但观察到的效应可能是由于电活动传播到其他脑区，如 V2、V3、V4 或外侧膝状体核等，但目前尚无证据表明 TMS 对远处脑区的间接影响会对行为产生作用；另一方面，TMS 靶向 V1 虽影响了记忆引导扫视的准确性，但也不能完全排除对其他认知或运动行为的潜在影响。

尽管如此，该研究仍具有重要意义。它为人类神经成像研究提供了有力支持，这些研究曾报道工作记忆中存储的视觉信息属性可从 V1 活动模式中解码。同时，也与猕猴 V1 的神经生理学记录结果相呼应，进一步证实了 V1 在工作记忆中的作用。这一研究成果促使科学界重新审视工作记忆的神经机制，将研究重点从 “视觉皮层是否在工作记忆中起重要作用” 转移到 “它通过何种机制对工作记忆产生贡献”，为后续深入研究工作记忆的神经机制开辟了新的方向。