《European Journal of Neuroscience》：Structural Brain Correlates of Digit-Span Performance in Adults: A Narrative Review of Evidence From Lesion and MRI Studies
编辑推荐：
数字广度任务（digit-span task）是临床与科研情境中应用广泛的工作记忆（working memory）测量指标。尽管已有大量研究探讨其神经解剖学相关性，但研究结果存在异质性，因而有必要对结构证据进行清晰综合。本综述旨在综合现有证据，将成人脑区结构完
数字广度任务（digit-span task）是临床与科研情境中应用广泛的工作记忆（working memory）测量指标。尽管已有大量研究探讨其神经解剖学相关性，但研究结果存在异质性，因而有必要对结构证据进行清晰综合。本综述旨在综合现有证据，将成人脑区结构完整性（容量或病变）与数字广度任务表现相关联的发现进行整合，共纳入23项经同行评审的研究。功能成像研究、复合数字广度得分以及儿童/青少年样本被排除。通过PubMed检索并辅以引文追踪，共确定23项合格研究（17项病变研究与6项结构MRI研究），发表于2025年12月之前。6个脑区与正向（forward）和反向（backward）数字广度任务表现均相关，包括左侧顶下小叶、左侧脑岛、双侧辅助运动区、双侧小脑、左侧颞中回及左侧丘脑区域。正向数字广度任务独特关联6个左半球区域，包括左侧颞上回、尾状核、壳核、额上回、颞下回和楔前叶。反向数字广度任务独特关联双侧顶上小叶、双侧海马、左侧感觉运动区、右侧楔前叶和右侧后扣带回区域。背外侧前额叶与额下回的发现不一致。正向与反向数字广度任务之间部分不同的神经解剖学特征可能反映了注意控制/储存需求与更高层级执行/操作需求之间的差异。总之，数字广度任务表现与跨越皮层、皮层下及小脑区域的神经网络相关。尽管正向与反向数字广度任务共享共同的神经基础，但亦招募了不同脑区，与不同认知需求相符。这些发现可为临床解读以及工作记忆缺陷的靶向认知干预以服务于预防与康复提供参考。
1 背景
工作记忆是将有限信息暂时保持于意识中以供储存与操作的认知功能，作为执行功能支撑决策、学习、理解、推理与语言等高级认知活动。数字广度任务是最常用的工作记忆测量：被试按听到的数字序列以正向或反向顺序复述，记录准确复述的最大长度。正向任务测量被动短期储存、更依赖注意控制；反向任务额外测量信息操作、需更高执行控制。该区分获多成分模型（multicomponent model，Baddeley与Hitch）与Cowan嵌入式过程模型（embedded processes model）支持。行为学与功能成像研究显示两版本既重叠又部分分离：正向与专注注意、时间排序、语音维持相关，反向与执行控制、心理反转、空间/序列操作相关。结构与病变研究虽涉及广泛脑区但结果异质；本综述综合结构证据，识别正向与反向任务共享与特异的神经解剖学相关模式。
2 方法
2.1 叙述性综述方法：覆盖至2025年12月的同行评议期刊；鉴于数字广度任务在临床与科研中的广泛使用及良好心理测量学特性（构念效度、预测效度、重测信度、评分者间信度）与工作记忆的广泛神经解剖学相关，采用叙述性方法全面总结脑容量或完整性关系。
2.2 检索策略与合格标准：PubMed以标题检索working memory、verbal memory、short-term memory、digit span*；按研究类型补充关键词并排除EEG与tDCS；MRI检索式结合digit span*与MRI/magnetic resonance，病变检索式排除MRI/tDCS/EEG并纳入volume*、region*、cort*。
2.3 研究选择与筛选：仅纳入英文同行评议文章，记录跨度1992至2025年；按纳入/排除标准筛选标题摘要，歧义经全文审阅与讨论解决。
2.4 数据提取与综合：提取样本特征、临床人群、设计、方法、任务版本及关联脑区，记录阳性与阴性发现；定性综合，按任务方向与脑区分组，未正式加权。
2.5 患者与公众参与：投稿后邀请一名公众阅读稿件。
2.6 研究选择及特征：排除儿童/青少年样本、18–25岁青年（前额叶持续发育可能混淆结果）、脑叶水平/网络水平/亚区（subfield）水平分析、复合分数研究、单双案例及非同行评议文献；滚雪球式引文检索后最终纳入23项研究（17项病变、6项MRI）。
3 结果
3.1 纳入研究的方法学路径：17项病变研究中，15项采用组水平病变比较（10项，比较特定脑区病变者与对照或他组表现）或体素基病变症状映射（voxel-based lesion-symptom mapping，VLSM；6项，多为mass-univariate整体单变量法，一项研究采用多变量法）。一项研究以二分类病变标签与表现相关；另一项研究扩展VLSM，以二分类减法识别对损伤充分必要的最小病灶，聚焦工作记忆特异性区域。6项MRI研究均采用基于体素的形态测量学（voxel-based morphometry，VBM），以高分辨率MRI逐体素自动无偏测量脑容量并与表现作统计相关。
3.2 正向数字广度任务：共14个脑区与正向表现相关，多为左侧（12个左侧、2个双侧）。病变证据最一致的是左侧顶下小叶（缘上脑回，7项研究支持）与左侧颞上回（6项研究支持，多同时涉及颞中回）。额叶证据混杂：左侧额下回3项研究显著、2项不显著；背外侧前额叶（dorsolateral prefrontal cortex，dlPFC）结果矛盾（一项研究未发现显著损害，一项MRI研究发现左侧dlPFC容量降低与表现差相关）；辅助运动区证据较一致（一项纳入50例辅助运动区胶质瘤患者的研究，双侧肿瘤均影响两任务），左侧额上回亦相关。左侧脑岛在3项病变研究中被重复关联。皮层下与后部结构：左侧尾状核与壳核（同一816例样本）、左侧丘脑（9例，样本小，可靠性受限）、双侧海马（6例，样本小）、双侧小脑（30例）。MRI证据：一项纳入148例神经退行性疾病患者的研究发现左侧颞上回、颞中回、脑岛容量降低及左侧楔前叶与正向表现差相关；一项纳入64例共济失调患者的研究发现左侧颞下回容量降低；一项纳入30例神经退行性疾病患者的研究发现左侧dlPFC容量降低。
3.3 反向数字广度任务：共13个脑区与反向表现相关，其中8个与正向任务共享；较正向任务涉及更多右半球区域（2个右侧、5个双侧、6个左侧），反向独有区域中5/6位于右半球；左侧颞叶证据较正向任务有限，感觉运动与海马受累更明显。病变证据：左侧缘上脑回；双侧顶上小叶在保留正向时选择性损害反向；右侧楔前叶（215例）；辅助运动区双侧损伤同样影响两任务；左侧感觉运动皮层与反向选择性相关；左侧丘脑与双侧小脑同前；双侧海马在52例颞叶癫痫患者中显著相关；左侧脑岛（71例）。MRI证据：一项纳入148例神经退行性疾病患者的研究发现左侧颞中回容量降低与反向差相关；一项纳入58例此类患者的研究发现左侧缘上回、左侧额下回及双侧dlPFC容量降低；一项纳入20例纤维肌痛患者的研究发现双侧辅助运动区容量降低；一项纳入55例健康老年人的研究发现右侧后扣带回容量降低与反向选择性相关（正向保留）。
4 讨论
综合19个脑区：6个与两任务均相关（左侧顶下小叶、左侧脑岛、双侧辅助运动区、双侧小脑、左侧颞中回、左侧丘脑），其中左侧顶下小叶（正向7项、反向2项研究）、左侧颞中回（正向5项、反向1项）、左侧脑岛（正向4项、反向1项）证据最强，其余各仅1–2项研究支持。6个正向独有区域均位于左侧（颞上回、尾状核、壳核、额上回、颞下回、楔前叶），5个反向独有区域为双侧顶上小叶、双侧海马、左侧感觉运动区、右侧楔前叶、右侧后扣带回。共同区域功能：顶下小叶与小脑支持语音储存（phonological store）与主动复述（articulatory rehearsal）；辅助运动区负责注意刷新与序列顺序编码；丘脑过滤注意力以增强任务相关信息；脑岛聚焦注意资源并经与中央执行网络（central executive network）连接触发注意控制；颞中回与脑岛分别对言语表达与动作规划关键。正向独有区域对应较低执行需求：尾状核启动目标导向行为、壳核调节信息流入、颞下回支持听觉词感知、颞上回与楔前叶负责听觉言语短期储存/编码、额上回支持基础执行控制。反向独有区域反映更高执行与操作需求：顶上小叶参与空间/序列操作；海马在需求超出简单储存时招募额外记忆资源；左侧感觉运动皮层支持高需求下更高效的复述；后扣带回作为默认模式网络（default mode network）的组成部分参与认知控制启动；楔前叶参与注意向持续专注转移。dlPFC证据冲突的解释：功能成像研究通常采用较复杂的任务，dlPFC的参与可能降低；单半球病变不足以产生损害（"部分损伤问题"）；神经退行性疾病样本的多面症状与广泛脑萎缩增加了任务难度与执行需求，或可作为代偿机制解释MRI研究中的显著关联，提示任务难度或认知负荷可能是dlPFC参与的调节因素。左侧额下回证据冲突反映临床群体的言语表达能力差异：伴显著语言障碍者表现差，而言语表达保留者表现正常；聚焦选择性数字广度损伤的研究未发现显著关联，损伤相对局限者仅表现选择性复述障碍而正向保留。局限：本综述为叙述性而非系统性综述或荟萃分析，研究识别与纳入可能受选择偏倚影响；纳入研究在人群、性别分布、损伤病因、样本量、方法与统计策略上高度异质；5项研究仅纳入男性患者，限制结论向女性及其他性别/性别类别的可推广性；病变研究易受病变重叠、功能相关区域并发损伤与部分损伤问题影响；脑区分布广泛可能限制该测验作为诊断或神经生物标志物的特异性；结构连接超出本研究范围，未来可整合弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）证据，考察连接所识别区域的白质通路（如弓状束与上纵束）。
5 结论
数字广度任务表现依赖分布于顶叶、颞叶、额叶、脑岛、皮层下及小脑的神经网络。6个共有区域提示言语工作记忆的共同神经回路，涉及注意过滤、注意刷新、语音回路、复述、运动言语规划与时间信息编码。正向独有区域（均位于左侧）与听觉感知、语言理解及基础注意/动机需求一致；反向独有区域反映信息空间/序列重组、脑网络间高级注意转移以及增强的复述/记忆策略。正向与反向任务既共享诸多底层认知过程（基础注意加工、语音储存、排序与复述），又具有区分性特征，其神经解剖学相关模式在各类临床群体中得以体现。研究间不一致可源于病变重叠、样本量与分析技术（如体素基与区域基方法）。综合发现可指导临床决策与治疗方案设计，并为靶向认知干预及无创脑刺激技术提供潜在神经解剖靶点（左侧顶下皮层用于语音储存缺陷、双侧辅助运动区用于复述缺陷、言语表达困难者可选额下回），从而改善因衰老、障碍或疾病导致认知功能障碍者的认知表现与日常功能。
