导航性情景记忆的神经重建与顺序激活及其与年龄相关的衰退

《Neuropsychologia》：Neural Reinstatement and Sequential Reactivation of Navigational Episodic Memory and Its Age-related Decline

空间记忆的神经机制研究：基于EEG的顺序激活与地标恢复分析

　　研究者Jeonghyun Lee、Sang-Eon Park和Sang Ah Lee来自韩国首尔国立大学脑与认知科学系，他们开展了一项关于导航记忆如何通过大脑活动的再激活进行提取的研究。这项研究探讨了导航记忆是否可以通过脑电图（EEG）的频谱模式来测量，以及这种再激活是否依赖于环境中的空间线索，如地标。研究团队设计了一项实验，让参与者在虚拟环境中被动导航，随后要求他们回忆所走过的路线或目的地。导航过程包含平均5次转弯，且在不同条件下提供了不同数量的地标的可用性。研究还特别区分了年轻（22-32岁）和中年（41-63岁）群体，以分析这种记忆提取过程在不同年龄阶段的差异。

研究团队通过比较导航编码和回忆期间的EEG频谱模式，发现年轻成年人在回忆导航路线时，转弯事件的顺序再激活与成功的空间记忆密切相关。这种顺序再激活与远距离地标视角时的神经活动恢复有关，并且主要由theta和alpha波段的振荡所驱动。然而，中年成年人整体上表现出顺序再激活的减弱，但那些能够保持地标恢复和顺序再激活模式的个体，在空间记忆表现上更为优异。这些发现可能对理解非导航情境下的情景记忆提取机制具有重要意义。

在研究背景部分，作者指出导航记忆的提取涉及对过去事件的回忆，这些事件被嵌入到其空间背景或认知地图中。导航过程通常包含多个信息性的转弯，这些转弯将整个路线划分为不同的部分。在回忆情景记忆时，我们不仅需要在正确的时间顺序中提取离散事件，还需要恢复其空间背景。此前的研究已经表明，在记忆编码期间产生的脑活动模式会在记忆提取时重新激活，这种现象被解释为原始记忆痕迹的恢复。然而，许多记忆研究主要关注单个记忆成分的再激活，如个别物品或场景，这些成分缺乏时间结构。因此，这项研究尝试通过EEG频谱模式的相似性，来探讨导航记忆中转弯事件的顺序再激活如何与空间线索相互作用。

研究团队强调，导航过程中地标的存在和使用对成功形成空间记忆至关重要。尤其是远距离地标，被认为在环境的海马体认知地图形成中扮演重要角色。这种内部地图为个体提供了稳定的空间表示，使他们能够理解自己在整体环境中的位置和方向。如果基于地标的认知地图是导航过程中组织转弯事件序列的空间框架，那么成功的路线记忆可能依赖于成功恢复地标表示。相反，如果无法回忆基于地标的空间信息，这可能与在导航过程中无法重新激活转弯事件的顺序有关。特别是在年龄相关研究中，中年群体在使用地标方面的能力有所下降，这可能部分解释了他们在回忆导航事件时的困难。

为了验证这一假设，研究团队分别测量了在导航事件回忆过程中，地标恢复和转弯事件顺序再激活的神经相关性，并探讨了这些过程在不同年龄阶段的变化。研究中，61名参与者观看了24个一分钟的导航事件视频，每个视频都包含多个转弯事件，并最终到达指定目的地。在每个视频结束后，参与者被要求使用上方地图来回忆路线（即回忆阶段），随后回答关于路线或目的地的空间记忆问题。为了评估地标的影响，视频中包含了四种不同的地标条件：（1）使用近距离地标进行导航，（2）使用远距离地标进行导航，（3）同时使用近距离和远距离地标，以及（4）在无信息性建筑构成的控制环境中进行导航。研究团队通过计算不同时间点（基于角速度）和地标视角（基于眼动追踪数据）的EEG模式，分析了转弯事件的顺序再激活，并比较了这些模式在不同地标条件下的差异。最后，他们探讨了顺序再激活随年龄变化的情况及其对空间记忆表现的影响。

在实验设计部分，研究团队详细描述了实验的流程。实验共包含24次导航任务，所有参与者都进行了头皮EEG记录（图1A）。每个任务开始于8秒的中央固定十字，随后是8秒的虚拟环境上方地图，地图上标有红色箭头，指示起点和初始行进方向。接着，参与者观看1分钟的视频，视频中展示了他们被动导航的过程。研究团队通过这一设计，确保参与者在导航过程中能够获得足够的空间线索，同时在回忆阶段要求他们基于这些线索回忆路线。这种实验方法有助于系统地分析导航记忆的提取过程，并探讨不同年龄阶段个体之间的差异。

在研究结果部分，作者指出在回忆导航事件时，导航事件的再激活是通过比较编码期间和回忆期间的EEG频谱模式相似性来测量的。研究发现，年轻成年人在与远距离地标视角相关的再激活方面表现显著优于其他时间点的再激活。这表明，在回忆过程中，远距离地标能够提供更强的空间信息支持，从而增强对转弯事件的顺序再激活。相比之下，中年成年人在整体上表现出顺序再激活的减弱，但那些能够保持地标恢复和顺序再激活模式的个体，在空间记忆表现上更为出色。这一结果表明，地标恢复在导航记忆的提取过程中可能发挥关键作用，尤其是在年龄相关空间认知能力下降的背景下。

此外，研究还发现，导航记忆的提取不仅依赖于地标恢复，还涉及对转弯事件的顺序再激活。这种顺序再激活可能反映了大脑对时间序列信息的组织能力，使个体能够在回忆过程中准确地重建过去导航事件的顺序。研究团队通过EEG频谱模式的相似性分析，发现年轻成年人在回忆过程中表现出更强的顺序再激活，这可能与他们的空间认知能力较强有关。而中年成年人在顺序再激活方面有所下降，这可能与年龄相关认知功能的变化有关。这种变化可能不仅限于导航记忆，还可能影响更广泛的情景记忆提取过程。

在讨论部分，研究团队指出，他们的研究揭示了与信息性导航事件相关的神经再激活机制。这些事件包括地标视角和转弯行为，它们在记忆提取过程中被大脑重新激活，以帮助个体重建过去的导航经验。研究结果表明，导航记忆的提取依赖于大脑对事件的时间顺序和空间背景的整合能力。这种整合能力可能涉及多个脑区的协同工作，如海马体、顶叶和前额叶皮层等。此外，研究还发现，中年成年人在顺序再激活方面的减弱可能与他们的空间认知能力下降有关，这提示我们，随着年龄的增长，大脑在处理时间序列信息和空间线索方面的能力可能发生变化。

研究团队进一步指出，他们的研究不仅限于导航记忆，还可能为理解情景记忆的提取机制提供新的视角。他们发现，基于地标的空间信息在回忆过程中起着关键作用，而这种作用可能通过顺序再激活得以体现。这意味着，记忆的提取不仅仅是对单个事件的恢复，而是对一系列事件的顺序和空间背景的重建。这种过程可能涉及大脑在多个时间点上对信息的整合，以形成完整的记忆表征。研究还发现，这种顺序再激活可能受到年龄相关因素的影响，如认知功能的变化和神经振荡模式的改变。

在结论部分，研究团队总结了他们的研究发现。他们证明了在导航记忆中，多个转弯事件的顺序再激活依赖于地标的存在和使用。这一发现不仅有助于理解导航记忆的提取机制，还可能为更广泛的情景记忆研究提供参考。研究团队认为，这种基于地标的空间线索可能在记忆提取过程中发挥关键作用，使个体能够准确地重建过去事件的顺序和空间背景。他们还指出，这种顺序再激活可能受到年龄相关因素的影响，如认知功能的变化和神经振荡模式的改变。

这项研究的意义在于，它揭示了导航记忆的提取不仅依赖于单个事件的恢复，还涉及对事件顺序和空间背景的整合。这种整合能力可能受到年龄相关因素的影响，如认知功能的变化和神经振荡模式的改变。研究团队通过EEG频谱模式的相似性分析，发现年轻成年人在回忆过程中表现出更强的顺序再激活，而中年成年人在这一过程中有所下降。这种下降可能与年龄相关空间认知能力的下降有关，提示我们，随着年龄的增长，大脑在处理时间序列信息和空间线索方面的能力可能发生变化。

此外，研究团队还强调，他们的研究方法为理解情景记忆的提取机制提供了新的视角。通过分别测量地标恢复和顺序再激活的神经相关性，他们发现这些过程在不同年龄阶段表现出显著差异。这种差异可能反映了大脑在处理空间信息和时间信息方面的变化，尤其是在中年群体中，这些变化可能更为明显。研究团队认为，这种变化可能不仅限于导航记忆，还可能影响更广泛的情景记忆提取过程。

研究团队还指出，他们的研究结果可能对未来的认知科学研究具有重要意义。他们发现，顺序再激活可能受到年龄相关因素的影响，如认知功能的变化和神经振荡模式的改变。这种影响可能不仅限于导航记忆，还可能影响其他类型的情景记忆。因此，未来的研究可以进一步探讨这些机制在不同任务中的表现，以及它们如何与年龄相关认知功能的变化相互作用。

总的来说，这项研究通过实验设计和数据分析，揭示了导航记忆的提取过程如何依赖于大脑对事件顺序和空间背景的整合。研究团队发现，年轻成年人在回忆过程中表现出更强的顺序再激活，而中年成年人在这一过程中有所下降。这种下降可能与年龄相关空间认知能力的下降有关，提示我们，随着年龄的增长，大脑在处理时间序列信息和空间线索方面的能力可能发生变化。研究还指出，顺序再激活可能受到多种因素的影响，如地标的存在和使用、神经振荡模式的变化以及个体的年龄阶段。这些发现为理解情景记忆的提取机制提供了新的视角，并可能对未来的认知科学研究具有重要意义。