發布時間：2025-11-25
2025年11月24日，《Nature Communications》在線發表了題為《Flexible Use of Limited Resources for Sequence Working Memory in Macaque Prefrontal Cortex》的研究論文。該工作由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）王立平研究組與上海交通大學、臨港實驗室謝洋研究組合作完成，系統揭示了前額葉皮層如何在認知資源有限的條件下，靈活分配并高效編碼工作記憶信息。
在日常生活中，我們的大腦總是在處理各種信息，但它的容量其實非常有限，一次大約只能記住三四件事情。比如地鐵要換幾次線。但令人驚訝的是，大腦非常靈活：即使遇到新的路線，它也能迅速調整，把信息“記住”。 容量有限，卻能隨時應變，這正是人類大腦最聰明的地方。那么大腦是如何在資源有限的情況下，實現如此高效而靈活的記憶運作的？
為回答這一問題，研究團隊設計了一項可變長度的序列工作記憶任務。在每個試次中，獼猴需要依次記住1、2、3或4個依次閃現的空間位置，并按順序報告（圖一）。這一任務要求獼猴不僅維持多個記憶項目，還要根據當下的記憶負荷動態地組織這些信息。
圖1：長度可變的視覺空間位置序列記憶任務。
研究團隊使用雙光子成像和多通道電極陣列，在獼猴前額葉皮層記錄了大量神經元的活動。結果顯示，當需要記住的項目較少時，神經元群體表征呈現出高分辨率、彼此分離的幾何結構，好像整齊地把每個記憶項目放進單獨的小抽屜；而隨著記憶項目增多，這些表征逐漸壓縮并相互重疊（圖二），提示前額葉皮層內部正在進行資源共享與競爭。
圖二：隨著序列長度的增加，序列工作記憶（SWM）的幾何結構發生變化：環的半徑逐漸減小，不同環之間的干擾逐漸增強。
進一步的分析發現，當記憶負荷增加時，大腦并不是不斷招募新的神經元，而是反復“再利用”已有的神經元。這些神經元既能穩定保留早先的信息，又能靈活調整去編碼新的信息，并盡量減少不同記憶項目之間的干擾。隨著需要記住的項目增多，這些神經元在保留舊信息、編碼新信息、以及減少信息間干擾之間進行權衡，體現了前額葉皮層對有限資源的主動調配。
圖三：當新項目進入工作記憶時，前額葉可通過兩種方式分配資源：①招募新的神經元；②循環利用已有神經元。循環利用的神經元包括穩定型（綠，兼顧舊/新信息）和靈活型（藍，從舊信息切換到新信息）。
這一研究揭示了前額葉皮層能夠在認知資源受限的條件下，通過動態重組群體表征的幾何結構，實現高效而可泛化的工作記憶編碼，為理解工作記憶資源上限及其靈活調配機制提供了關鍵神經依據。
中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）的博士研究生李思唯為該研究的第一作者，博士陳靜文，副研究員張聰和北京大學生命科學學院唐世明教授為研究做出了重要貢獻，上海交通大學、臨港實驗室的謝洋研究員和中國科學院神經科學研究所的王立平研究員為本論文的通訊作者。該工作獲得國家自然科學基金委、中國科學院和上海市的經費資助。
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