2025年3月23日，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、IDG麥戈文腦科學(xué)研究所解萬澤研究員及合作者在《Developmental Review》發(fā)表了題為“The neurodevelopmental roots of interactions between attention and working memory during infancy”的綜述文章，系統(tǒng)探討了注意與工作記憶在生命早期的交互作用及其神經(jīng)生理機制。

理解注意與工作記憶之間的相互作用是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的一個關(guān)鍵問題，這一領(lǐng)域在成年人中已得到廣泛研究，但在嬰兒期卻較少探索(van Ede & Nobre, 2023)。本文從發(fā)展認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的角度，首先回顧了嬰兒期注意與工作記憶交互作用的體現(xiàn)。例如，嬰兒持續(xù)性注意期間，警覺網(wǎng)絡(luò)通過心率減速和喚醒狀態(tài)增加支持信息處理，從而提高工作記憶的編碼效率；同時，工作記憶通過定向網(wǎng)絡(luò)的有效性效應(yīng)幫助嬰兒轉(zhuǎn)移注意力，優(yōu)化信息的選擇和提取（Amso & Scerif, 2015）。這些交互作用共同支持嬰兒的認(rèn)知發(fā)展。

本文通過整合發(fā)展人群、成人及靈長類研究的理論及最新實證研究結(jié)果，旨在從兩個視角重新審視這種關(guān)系在生命早期的神經(jīng)生理基礎(chǔ)及其對嬰兒認(rèn)知發(fā)展的影響。首先，我們提出自主神經(jīng)系統(tǒng)（ANS）和中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的成熟與合作為嬰兒期的注意和工作記憶提供了基礎(chǔ)。例如，ANS通過心率減速和瞳孔擴張（反映交感、副交感神經(jīng)的協(xié)同作用）等生理指標(biāo)調(diào)節(jié)皮層興奮性，從而提高嬰兒在選擇性注意和工作記憶相關(guān)認(rèn)知過程（如信息的選擇、提取與加工）的效率;而CNS則通過前額葉皮層和頂葉區(qū)域構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進一步調(diào)控生理喚醒水平，共同支持注意與工作記憶功能（Aston-Jones & Cohen, 2005; Cheng et al.,2019; Xie et al.,2018，如圖1所示）。


圖1. 自主神經(jīng)系統(tǒng)（ANS）與中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的協(xié)作及其對注意力和工作記憶的影響
注：ANS與CNS之間的雙向關(guān)系通過整合生理和神經(jīng)機制，支持嬰兒的認(rèn)知發(fā)展，從而增強注意和工作記憶。ANS通過交感神經(jīng)系統(tǒng)（SNS）和副交感神經(jīng)系統(tǒng)（PNS）的反應(yīng)，借助心率變化和瞳孔擴張等生理指標(biāo)調(diào)節(jié)皮層活動，這些指標(biāo)反映了影響注意和工作記憶的喚醒狀態(tài)。共享的神經(jīng)基質(zhì)，包括額頂葉網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)斑等，與ANS協(xié)作，調(diào)節(jié)警覺性、增益控制、信息編碼和選擇，這些都是注意和工作記憶的關(guān)鍵組成部分。另外，皮層-皮層下相互作用，例如心率減速期間的神經(jīng)振蕩變化，進一步優(yōu)化了這些過程。

其次，我們探討了嬰兒工作記憶受限的潛在機制。選擇性注意的不足使得嬰兒難以優(yōu)先處理相關(guān)信息；前額葉皮層（PFC）的發(fā)育不成熟限制了其執(zhí)行控制和信息整合的能力；而先前經(jīng)驗的缺乏則阻礙了嬰兒基于預(yù)測編碼機制有效選擇和更新信息（Fiske & Holmboe, 2019; Wang & Kibbe, 2023）。這些因素共同作用，使得嬰兒在處理環(huán)境信息時傾向于采取“探索優(yōu)先”策略。我們認(rèn)為，這種策略不僅幫助嬰兒避免錯過環(huán)境中重要但非直接與任務(wù)相關(guān)的信息，還促進了其皮層功能的逐步成熟，為其認(rèn)知學(xué)習(xí)和環(huán)境適應(yīng)提供了獨特的優(yōu)勢（如圖2所示）。


圖2. 嬰兒工作記憶（WM）能力限制的潛在機制
注：選擇性注意與工作記憶是密切相關(guān)的認(rèn)知能力。前額葉皮層（PFC）及其與頂葉區(qū)域的連接在嬰兒期經(jīng)歷快速發(fā)育，但其未成熟狀態(tài)限制了嬰兒的選擇性注意，進而影響了其內(nèi)部操縱和選擇工作記憶信息的能力。發(fā)育不成熟的前額葉皮層還限制了嬰兒通過與藍(lán)斑（LC）等皮層下區(qū)域的相互作用有效調(diào)節(jié)自主神經(jīng)系統(tǒng)（ANS）活動的能力，從而影響了其調(diào)整至最佳喚醒狀態(tài)的能力，而最佳喚醒狀態(tài)對注意力和工作記憶過程至關(guān)重要。此外，選擇性注意與工作記憶中的信息操縱也高度依賴于經(jīng)驗和現(xiàn)有知識。嬰兒對世界的有限經(jīng)驗和知識進一步限制了其選擇性注意過程和工作記憶能力。這些相互關(guān)聯(lián)的因素共同導(dǎo)致嬰兒以與成年人不同的方式應(yīng)對環(huán)境信息，傾向于采取探索性而非利用性的策略。

結(jié)論：

注意與工作記憶的交互作用在嬰兒早期就已顯現(xiàn)，其背后是ANS與CNS之間協(xié)調(diào)運作的神經(jīng)和生理機制。未來的研究可澄清這一交互過程的具體動態(tài)特征，并實證檢驗本文提出的假設(shè)，即嬰兒注意和工作記憶限制機制及其在處理環(huán)境信息時優(yōu)先探索而非利用的適應(yīng)性策略。深化對這些基礎(chǔ)認(rèn)知過程的理解，將為制定支持早期兒童發(fā)展的策略提供理論依據(jù)，并為設(shè)計和實施增強認(rèn)知功能的干預(yù)措施提供實踐指導(dǎo)，從而促進嬰兒期及以后的最佳發(fā)展結(jié)果的實現(xiàn)。

該研究獲國家自然科學(xué)基金（32200876）支持，解萬澤研究員與香港科技大學(xué)助理教授程琛為文章的聯(lián)合通訊作者，實驗室在讀博士生黃姝然同學(xué)對論文具有重要貢獻(xiàn)。

原文鏈接：

Xie, W., Cheng, C., & Huang, S. (2025). The neurodevelopmental roots of interactions between attention and working memory during infancy. Developmental Review, 76, 101199.

https://doi.org/10.1016/j.dr.2025.101199

2025-03-27