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工作记忆中的独立事件缓存:揭示小脑网络在事件存储中的关键作用及其认知神经机制
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年05月24日 来源:SCIENCE ADVANCES 11.7
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针对工作记忆(WM)中事件存储机制不明的科学问题,浙江大学团队通过验证性因子分析(CFA)、心理物理学实验和功能磁共振成像(fMRI)技术,首次证实事件缓存(event cache)是WM的独立组件,发现小脑网络(特别是左侧小脑Crus I)是事件存储的核心神经基础。该研究发表于《SCIENCE ADVANCES》,为重构WM理论模型提供了跨模态证据。
长期以来,工作记忆(Working Memory, WM)作为人类高级认知功能的核心,其研究焦点始终集中在静态物体(object)的存储机制上,而构成日常经验基本单元的动态事件(event)如何被WM处理却鲜有关注。传统WM理论如Baddeley的多成分模型和Cowan的嵌入过程模型,虽详细阐述了语音回路、视空间模板等组件,却无法解释我们如何记住"朋友挥手"这类动态事件。这种理论缺口随着事件认知研究的发展日益凸显——事件具有明确的时空边界和内在连贯性(如生物运动BM的连贯动作序列),与静态物体存在本质差异。那么,WM是否拥有专门存储事件的独立组件?其神经基础又是什么?
为解答这些问题,浙江大学的研究团队开展了一项跨学科研究,通过行为实验、计算建模和神经影像技术的多模态融合,首次证实WM中存在独立于物体缓存(object cache)的事件缓存(event cache)组件,并揭示小脑网络尤其是左侧小脑Crus I区在该组件中的核心作用。这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究,不仅挑战了现有WM理论框架,还为理解自闭症等WM缺陷疾病的神经机制提供了新视角。
研究团队采用四种互补方法:1) 验证性因子分析(CFA)对14项WM任务进行潜变量建模;2) 6项双任务心理物理学实验验证行为独立性;3) 基于静息态fMRI的支持向量回归(SVR)预测WM组分;4) 任务态fMRI验证小脑在事件存储中的特异性激活。样本包括206名行为实验参与者和107名fMRI被试,采用点光源显示(PLD)生物运动、固体生物运动等标准化刺激。
潜变量建模表明事件缓存是WM中的独立组分
通过比较7种WM结构模型,发现包含事件缓存(分生物运动BM和非生物运动NBM子成分)和物体缓存的层次模型拟合最优(CFI=0.913)。关键证据显示:BM与NBM共享存储空间(实验1),但与透明运动方向(实验2)或速度(实验4)、人体静态姿势(实验5)无容量竞争,证实事件缓存独立于物体缓存。
心理物理学实验进一步确认事件缓存的独立性
双任务范式揭示:当同时记忆BM与矩形运动(RecMove)时,两者表现相互干扰(P<0.001),表明共享事件缓存;而BM与透明运动方向存储互不干扰(P=0.523),证实事件与物体存储分离。特别设计的实验6通过彩色BM同时存储任务,排除视觉属性差异的混淆因素。
静息态fMRI预测揭示事件缓存的独特神经签名
SVR分析发现:小脑网络对事件缓存预测贡献最大(相对度RD=0.21),其节点度分析显示左侧小脑Crus I最关键。虚拟损伤实验证实:仅当移除小脑网络时,事件缓存预测失效(P<0.001),而CE和物体缓存预测仍保持,体现神经特异性。
任务fMRI验证小脑在事件处理中的特异性作用
ROI分析显示:左侧小脑Crus I在事件N-back任务中呈现负荷依赖性激活(2-back>0-back, P<0.01),且激活强度与行为准确率显著相关(r=0.41)。但在颜色-形状绑定任务中,该区域虽被激活却无负荷效应(P>0.05),MVPA进一步证实其可区分事件与物体内容(P<0.001)。
这项研究通过多模态证据链提出了"CEO模型"(中央执行系统-事件缓存-物体缓存),首次将事件缓存确立为WM的独立组件。其理论突破在于:1) 推翻"事件存储于情景缓冲器"的传统假设,揭示小脑网络的核心作用;2) 证实事件与物体在WM中的并行处理机制;3) 为临床WM缺陷(如自闭症的BM处理障碍)提供新的神经标记。实践意义上,该发现启示我们:在WM训练或脑机接口设计中,需针对事件与物体设计差异化的干预方案。未来研究可拓展至多模态事件、内部模拟事件等领域,进一步完善WM的理论架构。
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