审阅︱赵 鑫
责编︱王思珍
工作记忆（working memory）是指对外界输入的信息进行维持和操作的能力，与其他高级认知能力密切相关，如阅读理解，抽象推理等。由于其在认知中的关键的作用，研究人员试图找到提高工作记忆能力的方法，并探索工作记忆训练是否促进其他认知能力的改善。以往研究表明，工作记忆训练会产生的近迁移效应（工作记忆领域内改善）（Melby-Lervåg et al., 2016），然而关于工作记忆远迁移（其他相关领域上的改善）的研究则发现相矛盾的结果（Au et al., 2015; Sala et al., 2019）。这些研究中训练效果的不一致，导致研究者重新考虑工作记忆训练产生效果的神经机制。此外，已有研究发现，训练时长和训练任务类型等的差异是引起行为研究中不一致结果的潜在因素（von Bastian and Oberauer, 2014）。因此，有必要进一步的考察这些调节因素对工作记忆训练效果神经激活的模式的影响，以便更好地厘清工作记忆训练效果的影响机制。近日，西北师范大学心理学院赵鑫课题组在NeuroImage杂志在线发表了题为“Neural Correlates of Working Memory Training: An fMRI Meta-Analysis”的论文。该研究使用激活似然估计（Activation likelihood estimation，ALE）元分析方法和功能解码分析方法（Functional decoding analysis）揭示了健康成年人工作记忆训练产生效果的神经机制。该研究发现，工作记忆训练引起额顶系统和皮层下结构显著激活的改变，短期的工作记忆训练诱发额顶区域神经活动变化，而长期训练则引起皮层下结构（纹状体、前扣带回皮层和岛叶）神经活动的变化，工作记忆训练引起的神经变化受训练任务类型的影响，其中更新任务比保持任务引起更多区域神经活动的改变。（拓展阅读：赵鑫课题组往期进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：方方/蒋毅点评 EJN︱西北师范大学赵鑫课题组揭示汉字部首复杂性对工作记忆加工过程的影响）该项元分析共纳入了40项fMRI研究中的360个激活峰（共计697名被试），系统考察了工作记忆训练引起的大脑激活模式（增加vs.减弱），并且进一步考察了不同工作记忆训练时长（长时vs. 短时）与不同工作记忆训练任务类型（刷新任务训练vs.保持任务训练）对工作记忆训练引起的大脑激活模式的影响。该研究发现，工作记忆训练引起额顶网络显著激活（图1A）。这表明，工作记忆训练产生效果主要依赖于额顶网络，工作记忆训练提高了人们信息处理、信息监控和问题解决的能力。在接下来分析中，考察了训练引起激活模式的改变，结果发现，工作记忆训练引起额顶网络激活减弱（图1B），而多巴胺相关的脑区（纹状体）出现了激活增强（图1C）。训练引起的额顶网络激活的减弱支持了神经效率增强假说，即工作记忆训练可以有效提升人们信息处理、监控、提取和协调的神经效率。相应地，工作记忆训练诱发多巴胺脑区的激活增强表明，工作记忆训练可以增强保持信息所需资源的可用性，这支持了工作记忆训练能增加认知资源容量的观点。图1. (A)整体分析：工作记忆训练与右侧下顶叶，右侧额中回和左侧额上回激活有关；(B)激活减弱：训练引起双侧下顶叶、左侧额上回和右侧额中回激活的减弱；(C)激活增加：训练引起左侧纹状体激活的增加。该研究还进一步探究训练时长对神经激活模式的影响，分析发现，短时训练（< 10h）能够诱发额顶脑区激活的增强（图2A），而且能够显著提升人们信息监控、保持和协调的能力（图2B）。而长时训练（> 10h）能够明显提升工作记忆信息加工过程的转换能力（图2D），增强信息提取的神经效率（图2E），提高信息更新和重组的技能（图2F）。这些结果证明了工作记忆训练时长可以调节工作记忆训练效果的神经变化。图2. (A) 短期训练与右侧下顶叶、扣带回、额上回和额下回的激活有关；(B)短期训练引起右侧下顶叶、额上回和额下回的激活减弱；(D)长期训练与右侧岛叶的激活有关，(E)长期训练引起右侧前扣带皮层激活减弱以及(F)左侧纹状体激活的增加。最后，研究从训练任务类别差异的角度发现，更新任务训练主要提升信息的提取和执行能力（图3A），增强信息保持和提取的神经效率（图3B），还可以增加人们的信息监控能力和执行动机（图3C）。保持任务主要提升人们的信息监控和操作能力（图3D），以及增强监控和执行的神经效率（图3E）。图3. (A)刷新任务的训练与双侧下顶叶和右侧额中回激活有关；(B)刷新任务的训练引起双侧下顶叶、右侧额中回和前扣带激活减弱以及(C)左侧纹状体激活的增加；(D)保持任务的训练与右侧岛叶左侧额上回激活的改变，并引起(E)右侧额上回激活的减弱。与工作记忆训练相关的神经改变发生在额顶网络和多巴胺相关的脑区，并且，训练方案特征（训练时长和训练任务类型）对工作记忆训练神经模式变化具有重要的调节作用。这一研究结果扩展了之前关于工作记忆训练的元分析结果，并促进对工作记忆训练的效果的神经基础的了解。
薛贵（教授 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室）
工作记忆训练是一种“无害”的认知训练方式，厘清工作记忆训练背后的神经活动基础有助于理解认知收益产生的机制。赵鑫教授团队的最新研究采用ALE元分析方法和功能解码分析方法对以往的工作记忆训练的fMRI研究进行定量分析。研究发现，工作记忆训练引起额顶网络以及多巴胺能系统激活模式的改变，并且，训练时长和训练任务类型对工作记忆训练激活模式改变具有重要的调节作用。这为我们理解工作记忆训练的神经机制提供了重要的参考，对工作记忆训练相关研究有重要的启示。研究提示我们，工作记忆训练在减缓认知衰退群体或脑损伤群体中具有潜在的应用价值。近年来发表了越来越多的工作记忆训练研究，然而不同干预研究采用不同训练方案，未来研究中有必要整合最优的训练方案来最大化干预的收益（如较长的训练时间和采用更新训练范式），并将研究结果转化为临床应用。
邱江（教授 西南大学教育部认知与人格重点实验室）
工作记忆训练是一种计算机化认知训练形式，它有益于工作记忆和其他更广泛的认知功能。然而，关于工作记忆训练效果产生的背后的神经基础，以往研究发现相互矛盾的结果。最近由赵鑫教授课题组开展的研究较为深入地探讨了工作记忆训练效果的神经机制。研究结果发现，额顶系统和皮层下结构是工作记忆训练所依赖的核心节点，是训练产生认知收益的基础。此外，进一步的分析表明，训练的周期以及训练任务类型调节工作记忆训练效果神经模式。这项研究详细考察调节因素对训练相关的大脑激活影响，促进了工作记忆训练背后潜在神经机制的理解。这提醒我们，后续研究需要进一步考察不同因素的影响，更好的揭示认知训练促进认知能力提升背后的大脑结构和功能基础。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120885西北师范大学心理学院读博士生张瑶和心理学院付军军博士为该论文共同第一作者，西北师范大学心理学院赵鑫教授为论文通讯作者。该研究获得国家自然科学基金项目（32260207）、教育部人文社会科学研究项目（21XJA190005，23YJC90007）的资助和支持。转载须知：“逻辑神经科学”特邀稿件，且作者授权发布；本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有；欢迎个人转发分享，未经授权禁止转载，违者必究。
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2.Melby-Lervåg, M., Redick, T.S., Hulme, C., 2016. Working Memory Training Does Not Improve Performance on Measures of Intelligence or Other Measures of "Far Transfer": Evidence From a Meta-Analytic Review. Perspect. Psychol. Sci. 11, 512-534.3.Sala, G., Aksayli, N.D., Tatlidil, K.S., Gondo, Y., Gobet, F., 2019. Working memory training does not enhance older adults' cognitive skills: A comprehensive meta-analysis. Intelligence 77, 101386.4.von Bastian, C.C., Oberauer, K., 2014. Effects and mechanisms of working memory training: a review. Psychol. Res. 78, 803-820.
