2025年3月23日，北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所解万泽研究员及合作者在《Developmental Review》发表了题为“The neurodevelopmental roots of interactions between attention and working memory during infancy”的综述文章，系统探讨了注意与工作记忆在生命早期的交互作用及其神经生理机制。
理解注意与工作记忆之间的相互作用是认知神经科学中的一个关键问题，这一领域在成年人中已得到广泛研究，但在婴儿期却较少探索(van Ede & Nobre, 2023)。本文从发展认知神经科学的角度，首先回顾了婴儿期注意与工作记忆交互作用的体现。例如，婴儿持续性注意期间，警觉网络通过心率减速和唤醒状态增加支持信息处理，从而提高工作记忆的编码效率；同时，工作记忆通过定向网络的有效性效应帮助婴儿转移注意力，优化信息的选择和提取（Amso & Scerif, 2015）。这些交互作用共同支持婴儿的认知发展。
本文通过整合发展人群、成人及灵长类研究的理论及最新实证研究结果，旨在从两个视角重新审视这种关系在生命早期的神经生理基础及其对婴儿认知发展的影响。首先，我们提出自主神经系统（ANS）和中枢神经系统（CNS）的成熟与合作为婴儿期的注意和工作记忆提供了基础。例如，ANS通过心率减速和瞳孔扩张（反映交感、副交感神经的协同作用）等生理指标调节皮层兴奋性，从而提高婴儿在选择性注意和工作记忆相关认知过程（如信息的选择、提取与加工）的效率;而CNS则通过前额叶皮层和顶叶区域构成的神经网络进一步调控生理唤醒水平，共同支持注意与工作记忆功能（Aston-Jones & Cohen, 2005; Cheng et al.,2019; Xie et al.,2018，如图1所示）。
图1. 自主神经系统（ANS）与中枢神经系统（CNS）的协作及其对注意力和工作记忆的影响
注：ANS与CNS之间的双向关系通过整合生理和神经机制，支持婴儿的认知发展，从而增强注意和工作记忆。ANS通过交感神经系统（SNS）和副交感神经系统（PNS）的反应，借助心率变化和瞳孔扩张等生理指标调节皮层活动，这些指标反映了影响注意和工作记忆的唤醒状态。共享的神经基质，包括额顶叶网络和蓝斑等，与ANS协作，调节警觉性、增益控制、信息编码和选择，这些都是注意和工作记忆的关键组成部分。另外，皮层-皮层下相互作用，例如心率减速期间的神经振荡变化，进一步优化了这些过程。
其次，我们探讨了婴儿工作记忆受限的潜在机制。选择性注意的不足使得婴儿难以优先处理相关信息；前额叶皮层（PFC）的发育不成熟限制了其执行控制和信息整合的能力；而先前经验的缺乏则阻碍了婴儿基于预测编码机制有效选择和更新信息（Fiske & Holmboe, 2019; Wang & Kibbe, 2023）。这些因素共同作用，使得婴儿在处理环境信息时倾向于采取“探索优先”策略。我们认为，这种策略不仅帮助婴儿避免错过环境中重要但非直接与任务相关的信息，还促进了其皮层功能的逐步成熟，为其认知学习和环境适应提供了独特的优势（如图2所示）。
图2. 婴儿工作记忆（WM）能力限制的潜在机制
注：选择性注意与工作记忆是密切相关的认知能力。前额叶皮层（PFC）及其与顶叶区域的连接在婴儿期经历快速发育，但其未成熟状态限制了婴儿的选择性注意，进而影响了其内部操纵和选择工作记忆信息的能力。发育不成熟的前额叶皮层还限制了婴儿通过与蓝斑（LC）等皮层下区域的相互作用有效调节自主神经系统（ANS）活动的能力，从而影响了其调整至最佳唤醒状态的能力，而最佳唤醒状态对注意力和工作记忆过程至关重要。此外，选择性注意与工作记忆中的信息操纵也高度依赖于经验和现有知识。婴儿对世界的有限经验和知识进一步限制了其选择性注意过程和工作记忆能力。这些相互关联的因素共同导致婴儿以与成年人不同的方式应对环境信息，倾向于采取探索性而非利用性的策略。
结论：
注意与工作记忆的交互作用在婴儿早期就已显现，其背后是ANS与CNS之间协调运作的神经和生理机制。未来的研究可澄清这一交互过程的具体动态特征，并实证检验本文提出的假设，即婴儿注意和工作记忆限制机制及其在处理环境信息时优先探索而非利用的适应性策略。深化对这些基础认知过程的理解，将为制定支持早期儿童发展的策略提供理论依据，并为设计和实施增强认知功能的干预措施提供实践指导，从而促进婴儿期及以后的最佳发展结果的实现。
该研究获国家自然科学基金（32200876）支持，解万泽研究员与香港科技大学助理教授程琛为文章的联合通讯作者，实验室在读博士生黄姝然同学对论文具有重要贡献。
原文链接：
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