腦機啟偵 | “調節者”前額葉與“提供者”海馬（04.01）

當我們根據情境變化靈活運用記憶時，大腦中的海馬和前額葉皮層各自扮演什么角色？根據最新研究，通過在獼猴執行物體-位置關聯記憶任務時記錄單個神經元活動，揭示了這兩個腦區截然不同卻又互為補充的角色：海馬如同一個盡職的“信息提供者”，自動編碼與任務事件相關的多種信息；而外側前額葉則像一個高效的“信息調節者”，從中選擇性地提取當前目標導向的信息。

陳述性記憶的一個核心特征，是我們能夠根據當前情境，靈活地運用存儲的知識來指導行為。比如，我們知道圖書館在我們熟悉的校園的哪里，不論我們身在校園何處，都能知道圖書館的方向。這種“情境導向的記憶提取”依賴于大腦多個區域的協同工作，尤其是海馬和前額葉皮層（Zhang and Naya, 2022）。盡管已知兩者都參與其中，但它們在這一過程中如何進行功能分工，其神經表征有何本質區別，此前仍不明確。

近日，北京大學某課題組在《Journal of Neuroscience》期刊在線發表了題為“Differential coding of associative memory information in the macaque lateral prefrontal cortex and hippocampus”的研究論文，揭示了海馬和前額葉在靈活使用記憶信息中的不同貢獻。

該研究采用一種精巧的物體-位置關聯記憶任務（圖1） (Yang and Naya, 2020; Yang and Naya, 2023) 。首先，讓獼猴學習8個特定物體與一個背景圖像上4個位置的固定對應關系（每兩個物體對應同一個位置，稱為“共置位置”），這類似于存儲“圖書館在校園東側”的基礎知識。進入測試階段后，獼猴會先看到一個物體線索，經過短暫延遲，再看到一個旋轉了一定角度的背景圖像作為情境線索。獼猴需要結合物體所關聯的固定位置和當前的情境線索，在旋轉后的背景上找到與物體關聯的位置也就是“目標位置”，并通過眼動做出選擇。這個設計將記憶過程分為了兩個階段：物體線索出現后的記憶提取階段，以及情境線索出現后的情境依賴的記憶運用階段。研究團隊記錄了獼猴外側前額葉、內側前額葉的神經元活動，結合前期記錄的海馬神經元 (Yang and Naya, 2020)，通過群體解碼分析比較了這些腦區的信息表征。

圖1 任務范式設計

海馬：廣泛編碼的“信息提供者”

在記憶提取階段，海馬神經元不僅編碼了物體所關聯的位置信息，還編碼了物體本身的身份信息。而在記憶運用階段，面對同時出現的多種任務相關信息（物體關聯位置、情境線索、目標位置），海馬依然表現出“一視同仁”的編碼風格，對這三種信息均有顯著的表征。這表明，海馬像一個盡職的“信息提供者”，自動、完整地提取和呈現與當前任務事件相關的各種記憶痕跡，無論這些信息在當下是否被立即需要。

外側前額葉：目標導向的“信息調節者”

與海馬的“有聞必錄”截然不同，外側前額葉表現出強烈的“目標導向”編碼風格。在記憶提取階段，它只對與任務目標直接相關的“物體關聯位置”感興趣，而“過濾”掉了具體的物體身份信息。在記憶運用階段，它更是優先、更強地編碼了最終行為所需的“目標位置”，而非其他信息。

為了進一步驗證這種差異的本質，研究團隊分析了在不同情境線索下，神經元對位置信息的表征是否保持一致。結果顯示，海馬對物體關聯位置的表征在不同情境線索下保持穩定，這意味著它編碼的是“在何種情境下有什么信息”這一客觀事實。而外側前額葉則恰恰相反，它對目標位置的表征在不同情境線索下也保持一致，顯示出其編碼的是“無論情境如何變化，當下目標是什么”這一行為導向信息。

綜上，該研究首次在神經元活動水平上，揭示了海馬和外側前額葉在靈活記憶提取中的互補功能（圖2）。海馬作為“信息提供者”，為大腦保留了豐富、完整的任務事件記錄；而外側前額葉則作為“信息調節者”，根據當前目標，從這些記錄中精準地篩選出最相關的信息來指導未來的行動。這種“提供”與“調節”的協作機制，或許正是大腦能夠靈活運用記憶、適應復雜多變環境的關鍵。

圖2 海馬與外側前額葉的功能分工

參考文獻：

Yang, C., Naya, Y. (2023). Sequential involvements of the perirhinal cortex and hippocampus in the recall of item-location associative memory in macaques. PLoS biology 21(6), e3002145.

Zhang, X., Naya, Y. (2022) Retrospective memory trace sustained by the human hippocampus during working memory task. Eur J Neurosci 55:107–120.

Yang, C., and Naya, Y. (2020). Hippocampal cells integrate past memory and present perception for the future. PLoS biology 18, e3000876.

DOI：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0581-25.2026

來源 ：Journal of Neuroscience、北大腦科學

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