增强大脑可塑性：功能性近红外光谱技术为健康成年人的计算机化工作记忆训练提供证据

《Brain Research Bulletin》：Enhancing Brain Plasticity: Functional near-infrared spectroscopy Evidence for Computerized Working Memory Training in Healthy Adults

自适应工作记忆训练通过优化前额叶网络静息态功能连接和任务态神经效率，显著提升健康成年人的近端（更新、抑制、转换）和远端（视空间、语音回路）认知转移能力，验证了fNIRS在追踪动态神经可塑性中的有效性。

　　### 认知训练与神经可塑性的关系

本研究探讨了适应性计算机化工作记忆训练（AWMT）对健康年轻人认知能力提升及大脑神经可塑性变化的影响。工作记忆作为人类认知的核心组成部分，对于学习、推理和决策等高级认知功能至关重要。近年来，随着神经科学的发展，人们逐渐认识到，即使在成年阶段，大脑仍具有一定的可塑性。因此，研究如何通过训练增强这种可塑性，成为认知科学和神经科学的重要课题。

### AWMT的研究背景

尽管传统的观点认为，成年人的大脑可塑性下降，但新的研究表明，这种变化并非绝对。计算机化认知训练，特别是适应性工作记忆训练，作为一种探索和潜在增强神经可塑性的工具，逐渐受到关注。这种训练方式能够根据个体的认知能力动态调整任务难度，提供即时反馈，并采用标准化算法，从而实现对不同人群的认知改变。其理论基础来源于“认知储备”和“神经可塑性”两个概念，前者指大脑对病理损害的抵抗能力，后者指神经系统对经验的反应能力。

### 研究设计与方法

本研究采用随机对照试验设计，通过预后对照的方式评估了8周的适应性计算机化工作记忆训练对健康年轻人的影响。研究中使用了功能性近红外光谱（fNIRS）技术，这是一种能够评估大脑功能连接性和前额叶皮层激活情况的非侵入性神经成像方法。通过fNIRS，研究者可以同时测量静息状态下的功能连接性（RSFC）和执行n-back任务时的前额叶激活水平。此外，研究还测量了行为表现，包括近转移任务（如更新、抑制和切换）和远转移任务（如视觉空间记忆和语音回路任务）。

### 行为结果

研究结果表明，与对照组相比，经过8周AWMT训练的实验组在近转移任务和远转移任务中均表现出显著的提升。具体而言，实验组在更新任务（UFT）和切换任务（SFT）中的准确率显著提高，同时反应时间明显缩短。此外，实验组在视觉空间记忆（VST）和语音回路（PLT）任务中也展现出显著的提升，包括更高的准确率和更快的反应时间。这些结果表明，AWMT不仅能够增强特定的认知能力，还能促进更广泛的认知功能提升。

### 神经成像结果

神经成像结果显示，AWMT引发了前额叶网络的多方面功能重塑。在静息状态下，实验组观察到前运动皮层与双侧背外侧前额叶皮层（DLPFC）之间的功能连接性显著增强，同时双侧前额叶之间的功能连接性也有所提升。这些变化表明，训练促进了认知控制网络与运动计划网络之间的整合，提高了大脑在静息状态下的协调性。在执行n-back任务时，实验组的前额叶激活水平显著降低，尽管其行为表现得到了改善，这反映了更高的“神经效率”。

### 神经行为关联

为了进一步理解神经可塑性与行为改善之间的关系，研究者对实验组进行了神经行为相关性分析。结果显示，实验组在静息状态下，左DLPFC与左前运动皮层之间的功能连接性增强与抑制任务中的反应时间减少存在显著的负相关。这表明，大脑在静息状态下的网络整合能够提高抑制控制的效率。此外，实验组在n-back任务中，左DLPFC的总血红蛋白（HBT）浓度显著降低，与更新任务中的准确率提高存在显著的负相关，进一步支持了神经效率假说。

### 研究的意义

本研究的发现表明，AWMT不仅能够有效提升认知能力，还能通过增强静息状态下的网络整合和优化任务状态下的大脑资源分配，引发前额叶网络的深刻功能重塑。这些结果为理解认知训练的神经机制提供了新的证据，并突显了fNIRS作为一种强大工具，在追踪大脑可塑性动态变化方面的潜力。通过整合任务相关和静息状态下的fNIRS评估，研究为个性化干预策略的制定提供了重要的参考。

### 研究的局限性与未来方向

尽管本研究取得了显著成果，但也存在一些局限性。首先，实验组和对照组的每日训练时间存在显著差异，这可能影响结果的解释。其次，静息状态下的fNIRS扫描时间为5分钟，虽然在纵向研究中较为常见，但一些研究表明，更长的扫描时间和更大的样本量有助于获得更可靠的功能连接性结果。此外，认知和神经成像评估的顺序未在参与者之间进行平衡，这可能导致顺序效应。最后，本研究未进行长期随访，因此无法确定训练引起的神经和行为变化是否具有持久性。

### 未来研究方向

未来的研究可以在此基础上，结合AWMT与其他干预措施，如非侵入性脑刺激或神经反馈，以进一步增强神经可塑性。此外，探索个体基线大脑功能如何预测训练效果，将有助于开发个性化的认知增强方案。通过这些方法，可以更全面地理解AWMT的神经机制，并为实际应用提供科学依据。

### 结论

综上所述，本研究提供了全面的证据，表明8周的适应性工作记忆训练能够显著增强健康成年人的大脑神经可塑性。训练不仅提高了认知表现，还重塑了大脑的功能架构，表现为前额叶网络的功能连接性增强和任务相关激活的优化。这些发现强调了大脑在经验依赖下的可塑性潜力，并突显了AWMT作为认知增强工具的前景。此外，本研究验证了fNIRS作为一种敏感且实用的方法，在长期追踪认知训练的神经基础方面具有重要价值。