时间依赖的巩固机制：间隔学习中持久记忆形成的关键 —— 揭示海马体与默认模式网络的奥秘

《Communications Biology》：Time-dependent consolidation mechanisms of durable memory in spaced learning

在学习记忆领域，间隔学习如何通过时间依赖的巩固机制形成持久记忆尚不明确。研究人员招募 69 名参与者进行 3 天间隔学习或 1 天集中学习研究。结果发现，间隔学习组在延迟测试中记忆表现更好，其在背内侧默认模式网络（DMNdm?）等子系统的神经模式相似性更高。这一研究为理解记忆巩固机制提供了新视角。

　　在学习与记忆的奇妙世界里，间隔学习和集中学习就像两条不同的道路，引导着人们获取知识并形成记忆。间隔学习，是将学习过程分散在不同时间进行，如同细水长流；而集中学习则是在短时间内集中大量学习，好似洪水猛兽。大量研究表明，间隔学习在增强记忆方面表现出色，尤其是在提升记忆的持久性上，相比集中学习有着显著优势。然而，其中的神经机制却如同隐藏在迷雾中的宝藏，一直未被完全揭开。

过往的研究虽然揭示了间隔学习的一些优势，比如在编码阶段能引发更强的大脑激活、增强项目特定的时空模式相似性等，但大多基于试验性的间隔学习，且主要聚焦于编码阶段的神经机制，忽视了在基于日的间隔学习中更为重要的时间依赖的巩固机制。而且，以往神经影像学研究对基于日的间隔学习后的记忆保持评估，往往集中在较短的延迟期，比如几天，很少深入探究间隔学习中形成持久记忆的时间依赖巩固机制。

为了揭开这层神秘的面纱，华东师范大学的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项别出心裁的研究，采用了基于日的学习设计和组间对比的方法，旨在深入探究间隔学习中时间依赖的巩固机制以及持久记忆的神经预测指标。该研究成果发表在《Communications Biology》杂志上，为我们理解学习与记忆的神经奥秘提供了新的线索。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们招募了 69 名参与者（38 名女性，年龄22.49±1.96岁），将其随机分为 3 天间隔学习组（每天学习两个模块）和 1 天集中学习组（一天内学习六个模块）。学习内容为 60 对图片 - 单词组合，确保每位参与者都学习六次。研究过程中，使用功能磁共振成像（fMRI）技术收集参与者在学习前（基线）、学习后立即、1 周和 1 个月的静息态和任务态数据。通过计算 dprime 值评估记忆表现，定义持久记忆和弱记忆并计算保留率。还利用表征相似性分析（RSA）评估海马体和默认模式网络（DMN）子系统的神经整合和重放，通过全脑搜索光多变量模式分析（MVPA）确定区分持久记忆和弱记忆的脑区。

下面来看看具体的研究结果：

1. 记忆表现差异：在延迟测试（1 周和 1 个月）中，间隔学习组的 dprime 值显著高于集中学习组，而在学习后立即测试中，两组 dprime 值无显著差异。这表明间隔学习在延迟测试中的记忆表现更优。
2. 记忆保留率：间隔学习组在 1 周和 1 个月延迟测试中的记忆保留率显著高于集中学习组，说明间隔学习能带来更高的记忆保留率。
3. DMN 子系统的神经模式相似性：在立即检索时，间隔学习组在 DMN、DMNcore?和DMNmt?子系统的 trial 间相似性显著高于集中学习组，而海马体中无显著差异。并且，DMNdm?和DMNmt?子系统的 trial 间相似性与间隔学习组的保留率显著相关，这意味着间隔学习在立即检索时能使皮质网络中的神经活动模式更相似，与持久记忆相关。
4. 时间相似性：间隔学习组在DMNcore?和DMNmt?子系统中，立即与 1 周延迟测试之间的时间相似性显著高于集中学习组。DMNdm?子系统中，所有延迟测试的平均时间相似性和立即与 1 周延迟测试之间的时间相似性都与间隔学习组的保留率显著相关，表明DMNdm?子系统的时间相似性与间隔学习后的记忆保留有关。
5. 神经重放：间隔学习后，DMNdm?和海马体中持久记忆的重放增量显著高于 0，且DMNdm?中的重放增量在间隔学习组显著高于集中学习组；集中学习后，只有海马体中持久记忆的重放增量显著高于 0。在弱记忆方面，集中学习后仅海马体的重放增量显著高于 0，这表明间隔学习在DMNdm?和海马体中增加了持久记忆的重放，而集中学习仅在海马体中增加。
6. 功能连接性：间隔学习组中海马体与DMN的功能连接（FC）显著低于集中学习组，且海马体与DMNdm?的静息态 FC 变化与间隔学习组的保留率呈边缘显著相关，暗示间隔学习后海马体与DMNdm?功能解耦，记忆可能已稳定存储在皮质网络。
7. 区分持久和弱记忆的脑区：通过全脑搜索光 MVPA 分析，发现间隔学习组中区分持久和弱记忆的脑区主要位于DMNdm?和前DMNcore?；集中学习组则主要位于海马体、DMNmt?和后DMNcore?。并且，在间隔学习组中，这些脑区的 trial 间相似性、时间相似性和持久记忆的重放次数与保留率显著相关，说明这些脑区的神经活动模式可预测间隔学习的记忆保留。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了间隔学习在延迟测试中记忆表现更好，其在立即检索时能使DMN子系统神经模式更相似，DMNdm?和DMNmt?子系统的神经模式相似性可预测持久记忆。此外，间隔学习增加了DMNdm?中持久记忆的重放，而集中学习仅在海马体中有此现象。这些结果表明，时间依赖的巩固机制促进了皮质中的神经整合和重放，这可能是间隔学习后形成持久记忆的基础。同时，研究还发现延迟时间尺度对预测持久记忆很重要，相对较长的延迟更适合定义持久记忆。然而，该研究也存在一些局限性，比如未探究睡眠中的记忆巩固机制、未记录编码阶段的神经活动、重复测试可能影响记忆耐久性等。未来的研究可以针对这些问题进一步深入探索，为我们理解学习与记忆的奥秘提供更多线索，在教育、神经科学等领域具有重要的潜在应用价值，有助于优化学习策略，提高学习效果，也为相关神经系统疾病的研究提供了新的思路。