腦機(jī)啟偵 | “調(diào)節(jié)者”前額葉與“提供者”海馬（04.01）

當(dāng)我們根據(jù)情境變化靈活運用記憶時，大腦中的海馬和前額葉皮層各自扮演什么角色？根據(jù)最新研究，通過在獼猴執(zhí)行物體-位置關(guān)聯(lián)記憶任務(wù)時記錄單個神經(jīng)元活動，揭示了這兩個腦區(qū)截然不同卻又互為補(bǔ)充的角色：海馬如同一個盡職的“信息提供者”，自動編碼與任務(wù)事件相關(guān)的多種信息；而外側(cè)前額葉則像一個高效的“信息調(diào)節(jié)者”，從中選擇性地提取當(dāng)前目標(biāo)導(dǎo)向的信息。

陳述性記憶的一個核心特征，是我們能夠根據(jù)當(dāng)前情境，靈活地運用存儲的知識來指導(dǎo)行為。比如，我們知道圖書館在我們熟悉的校園的哪里，不論我們身在校園何處，都能知道圖書館的方向。這種“情境導(dǎo)向的記憶提取”依賴于大腦多個區(qū)域的協(xié)同工作，尤其是海馬和前額葉皮層（Zhang and Naya, 2022）。盡管已知兩者都參與其中，但它們在這一過程中如何進(jìn)行功能分工，其神經(jīng)表征有何本質(zhì)區(qū)別，此前仍不明確。

近日，北京大學(xué)某課題組在《Journal of Neuroscience》期刊在線發(fā)表了題為“Differential coding of associative memory information in the macaque lateral prefrontal cortex and hippocampus”的研究論文，揭示了海馬和前額葉在靈活使用記憶信息中的不同貢獻(xiàn)。

該研究采用一種精巧的物體-位置關(guān)聯(lián)記憶任務(wù)（圖1） (Yang and Naya, 2020; Yang and Naya, 2023) 。首先，讓獼猴學(xué)習(xí)8個特定物體與一個背景圖像上4個位置的固定對應(yīng)關(guān)系（每兩個物體對應(yīng)同一個位置，稱為“共置位置”），這類似于存儲“圖書館在校園東側(cè)”的基礎(chǔ)知識。進(jìn)入測試階段后，獼猴會先看到一個物體線索，經(jīng)過短暫延遲，再看到一個旋轉(zhuǎn)了一定角度的背景圖像作為情境線索。獼猴需要結(jié)合物體所關(guān)聯(lián)的固定位置和當(dāng)前的情境線索，在旋轉(zhuǎn)后的背景上找到與物體關(guān)聯(lián)的位置也就是“目標(biāo)位置”，并通過眼動做出選擇。這個設(shè)計將記憶過程分為了兩個階段：物體線索出現(xiàn)后的記憶提取階段，以及情境線索出現(xiàn)后的情境依賴的記憶運用階段。研究團(tuán)隊記錄了獼猴外側(cè)前額葉、內(nèi)側(cè)前額葉的神經(jīng)元活動，結(jié)合前期記錄的海馬神經(jīng)元 (Yang and Naya, 2020)，通過群體解碼分析比較了這些腦區(qū)的信息表征。

圖1 任務(wù)范式設(shè)計

海馬：廣泛編碼的“信息提供者”

在記憶提取階段，海馬神經(jīng)元不僅編碼了物體所關(guān)聯(lián)的位置信息，還編碼了物體本身的身份信息。而在記憶運用階段，面對同時出現(xiàn)的多種任務(wù)相關(guān)信息（物體關(guān)聯(lián)位置、情境線索、目標(biāo)位置），海馬依然表現(xiàn)出“一視同仁”的編碼風(fēng)格，對這三種信息均有顯著的表征。這表明，海馬像一個盡職的“信息提供者”，自動、完整地提取和呈現(xiàn)與當(dāng)前任務(wù)事件相關(guān)的各種記憶痕跡，無論這些信息在當(dāng)下是否被立即需要。

外側(cè)前額葉：目標(biāo)導(dǎo)向的“信息調(diào)節(jié)者”

與海馬的“有聞必錄”截然不同，外側(cè)前額葉表現(xiàn)出強(qiáng)烈的“目標(biāo)導(dǎo)向”編碼風(fēng)格。在記憶提取階段，它只對與任務(wù)目標(biāo)直接相關(guān)的“物體關(guān)聯(lián)位置”感興趣，而“過濾”掉了具體的物體身份信息。在記憶運用階段，它更是優(yōu)先、更強(qiáng)地編碼了最終行為所需的“目標(biāo)位置”，而非其他信息。

為了進(jìn)一步驗證這種差異的本質(zhì)，研究團(tuán)隊分析了在不同情境線索下，神經(jīng)元對位置信息的表征是否保持一致。結(jié)果顯示，海馬對物體關(guān)聯(lián)位置的表征在不同情境線索下保持穩(wěn)定，這意味著它編碼的是“在何種情境下有什么信息”這一客觀事實。而外側(cè)前額葉則恰恰相反，它對目標(biāo)位置的表征在不同情境線索下也保持一致，顯示出其編碼的是“無論情境如何變化，當(dāng)下目標(biāo)是什么”這一行為導(dǎo)向信息。

綜上，該研究首次在神經(jīng)元活動水平上，揭示了海馬和外側(cè)前額葉在靈活記憶提取中的互補(bǔ)功能（圖2）。海馬作為“信息提供者”，為大腦保留了豐富、完整的任務(wù)事件記錄；而外側(cè)前額葉則作為“信息調(diào)節(jié)者”，根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)，從這些記錄中精準(zhǔn)地篩選出最相關(guān)的信息來指導(dǎo)未來的行動。這種“提供”與“調(diào)節(jié)”的協(xié)作機(jī)制，或許正是大腦能夠靈活運用記憶、適應(yīng)復(fù)雜多變環(huán)境的關(guān)鍵。

圖2 海馬與外側(cè)前額葉的功能分工

參考文獻(xiàn)：

Yang, C., Naya, Y. (2023). Sequential involvements of the perirhinal cortex and hippocampus in the recall of item-location associative memory in macaques. PLoS biology 21(6), e3002145.

Zhang, X., Naya, Y. (2022) Retrospective memory trace sustained by the human hippocampus during working memory task. Eur J Neurosci 55:107–120.

Yang, C., and Naya, Y. (2020). Hippocampal cells integrate past memory and present perception for the future. PLoS biology 18, e3000876.

DOI：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0581-25.2026

來源 ：Journal of Neuroscience、北大腦科學(xué)

浙大科技園啟真腦機(jī)智能產(chǎn)業(yè)化基地是在浙大控股集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)下，由浙江大學(xué)科技園發(fā)展有限公司與杭州未來科技城管委會共建，圍繞腦機(jī)智能產(chǎn)業(yè)主體，輻射腦機(jī)+生命健康、腦機(jī)+智能制造、腦機(jī)+新一代信息技術(shù)、腦機(jī)+新材料等領(lǐng)域的專業(yè)化特色產(chǎn)業(yè)基地，由杭州啟真未來科技發(fā)展有限公司負(fù)責(zé)全面運營。

基地依托浙江大學(xué)在腦機(jī)智能方面的學(xué)科優(yōu)勢，以腦機(jī)智能作為核心科技支撐，貫徹浙江大學(xué)國家大學(xué)科技園“有組織科技成果轉(zhuǎn)化、有靶向科技企業(yè)孵化、有體系未來產(chǎn)業(yè)培育”的服務(wù)體系，致力于打造腦機(jī)智能領(lǐng)域具備成果顯示度、區(qū)域影響力的產(chǎn)業(yè)化高地。