人类认知地图形成中眶额叶-海马连接动态变化的神经机制研究

研究人员针对大脑如何协调形成认知地图这一科学问题，通过多维抽象空间导航任务的功能磁共振成像(fMRI)研究，揭示了外侧眶额叶皮层(lOFC)与内侧眶额叶皮层(mOFC)在导航阶段的功能分化，以及内侧颞叶(MTL)区域对目标距离的编码机制。研究发现lOFC-MTL连接增强与mOFC-MTL连接减弱的动态模式，并通过动态因果模型(DCM)证实mOFC自我连接与海马(HIP)-内嗅皮层(PHC)通路对个体导航策略的预测作用，为理解抽象空间认知的神经动力学提供了新视角。

　　

人类大脑如何构建并运用认知地图来指导复杂环境中的行为，一直是神经科学领域的核心问题。传统研究多聚焦于物理空间导航，但近年证据表明，这种空间表征机制可扩展到抽象概念领域。然而，关于海马(HIP)、眶额叶皮层(OFC)等关键脑区如何动态交互以支持认知地图的形成与运用，仍存在诸多未解之谜。尤其令人困惑的是，外侧(OFC)与内侧OFC(mOFC)在功能上的精细分工，以及它们与内侧颞叶(MTL)网络的协同机制。

针对这些关键问题，华南师范大学心理学院、脑认知与教育科学教育部重点实验室的研究团队在《NeuroImage》发表了创新性成果。研究人员设计了一项突破性的多维抽象空间导航任务，结合高精度功能磁共振成像(fMRI)和动态因果建模(DCM)技术，首次系统揭示了导航复杂性(包括空间维度、目标距离和探索-利用阶段)对神经活动与连接模式的动态影响。

研究主要采用任务态fMRI采集25名健康受试者在1D/2D/3D抽象空间导航时的脑活动数据，通过广义心理生理交互(gPPI)分析功能连接变化，并构建DCM模型解析有效连接方向。行为数据分析采用线性混合效应模型(LMM)，量化导航阶段(F_stage)、空间维度(F_dim)和目标距离(F_dist)对反应时(RT)和准确率(RA)的影响。

研究结果展现出清晰的神经机制图谱：在导航阶段方面，lOFC在探索阶段激活更强，而mOFC在利用阶段占主导，两者呈现功能互补。gPPI分析显示lOFC与MTL区域(包括HIP、PHC和压后皮层(RSC))的连接增强，而mOFC与这些区域的连接减弱，提示lOFC负责地图构建、mOFC专精地图运用的功能分化。距离编码方面，HIP、PHC和RSC的激活强度与目标距离(F_dist)呈正相关，构成"距离编码系统"。DCM分析进一步揭示：mOFC自我连接强度可预测个体导航策略偏好(准确率r=0.76)，而PHC→HIP通路则与空间维度适应性显著相关。这些动态连接模式共同构成"信息整合系统"，其强度差异直接关联个体行为表现——mOFC自我连接越强，利用阶段准确率越高(β=0.42Hz)；HIP自我连接则与整体导航效率密切相关。

这项研究的重要意义在于首次绘制出抽象空间导航的完整神经环路图谱，提出"双系统"理论框架：距离编码系统(HIP-PHC-RSC)负责环境特征提取，信息整合系统(lOFC-mOFC)实现决策优化。特别是发现mOFC自我连接可作为导航策略的神经标记物，为认知障碍的早期诊断提供了新靶点。研究方法上，创新性地将强化学习的探索-利用范式与多维空间表征相结合，为研究高阶认知的神经基础建立了新范式。未来研究可在此基础上，探索这些神经机制在阿尔茨海默病等空间认知障碍疾病中的异常模式，为开发针对性干预措施提供理论依据。