2025年3月23日，beat365官方网站、IDG麥戈文腦科學研究所解萬澤研究員及合作者在《Developmental Review》發表了題為“The neurodevelopmental roots of interactions between attention and working memory during infancy”的綜述文章，系統探讨了注意與工作記憶在生命早期的交互作用及其神經生理機制。
理解注意與工作記憶之間的相互作用是認知神經科學中的一個關鍵問題，這一領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)。本文從發展認知神經科學的角度，首先回顧了嬰兒期注意與工作記憶交互作用的體現。例如，嬰兒持續性注意期間，警覺網絡通過心率減速和喚醒狀态增加支持信息處理，從而提高工作記憶的編碼效率；同時，工作記憶通過定向網絡的有效性效應幫助嬰兒轉移注意力，優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知發展。
本文通過整合發展人群、成人及靈長類研究的理論及最新實證研究結果，旨在從兩個視角重新審視這種關系在生命早期的神經生理基礎及其對嬰兒認知發展的影響。首先，我們提出自主神經系統（ANS）和中樞神經系統（CNS）的成熟與合作為嬰兒期的注意和工作記憶提供了基礎。例如，ANS通過心率減速和瞳孔擴張（反映交感、副交感神經的協同作用）等生理指标調節皮層興奮性，從而提高嬰兒在選擇性注意和工作記憶相關認知過程（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域構成的神經網絡進一步調控生理喚醒水平，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. 自主神經系統（ANS）與中樞神經系統（CNS）的協作及其對注意力和工作記憶的影響
注：ANS與CNS之間的雙向關系通過整合生理和神經機制，支持嬰兒的認知發展，從而增強注意和工作記憶。ANS通過交感神經系統（SNS）和副交感神經系統（PNS）的反應，借助心率變化和瞳孔擴張等生理指标調節皮層活動，這些指标反映了影響注意和工作記憶的喚醒狀态。共享的神經基質，包括額頂葉網絡和藍斑等，與ANS協作，調節警覺性、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振蕩變化，進一步優化了這些過程。
其次，我們探讨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先處理相關信息；前額葉皮層（PFC）的發育不成熟限制了其執行控制和信息整合的能力；而先前經驗的缺乏則阻礙了嬰兒基于預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，使得嬰兒在處理環境信息時傾向于采取“探索優先”策略。我們認為，這種策略不僅幫助嬰兒避免錯過環境中重要但非直接與任務相關的信息，還促進了其皮層功能的逐步成熟，為其認知學習和環境适應提供了獨特的優勢（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的認知能力。前額葉皮層（PFC）及其與頂葉區域的連接在嬰兒期經曆快速發育，但其未成熟狀态限制了嬰兒的選擇性注意，進而影響了其内部操縱和選擇工作記憶信息的能力。發育不成熟的前額葉皮層還限制了嬰兒通過與藍斑（LC）等皮層下區域的相互作用有效調節自主神經系統（ANS）活動的能力，從而影響了其調整至最佳喚醒狀态的能力，而最佳喚醒狀态對注意力和工作記憶過程至關重要。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驗和現有知識。嬰兒對世界的有限經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。這些相互關聯的因素共同導緻嬰兒以與成年人不同的方式應對環境信息，傾向于采取探索性而非利用性的策略。
結論：
注意與工作記憶的交互作用在嬰兒早期就已顯現，其背後是ANS與CNS之間協調運作的神經和生理機制。未來的研究可澄清這一交互過程的具體動态特征，并實證檢驗本文提出的假設，即嬰兒注意和工作記憶限制機制及其在處理環境信息時優先探索而非利用的适應性策略。深化對這些基礎認知過程的理解，将為制定支持早期兒童發展的策略提供理論依據，并為設計和實施增強認知功能的幹預措施提供實踐指導，從而促進嬰兒期及以後的最佳發展結果的實現。
該研究獲國家自然科學基金（32200876）支持，解萬澤研究員與香港科技大學助理教授程琛為文章的聯合通訊作者，實驗室在讀博士生黃姝然同學對論文具有重要貢獻。
原文鍊接：
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