PNAS:嬰兒早期記憶能力比我們想象的要高

近日來自意大利帕多瓦大學的Silvia Benavides-Varela教授在美國國家科學院院刊(PNAS)上發(fā)表了一篇關(guān)于嬰兒早期記憶的研究，這一工作使用近紅外光譜成像技術(shù)（fNIRS）研究了40名健康的嬰兒在具有干擾刺激情境下的詞語記憶及其相關(guān)的神經(jīng)機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)嬰兒具有與生俱來的半側(cè)化優(yōu)勢記憶功能神經(jīng)網(wǎng)絡，而且嬰兒對某些特定詞語的記憶并不受無關(guān)干擾刺激的影響。

事實上，Silvia Benavides-Varela教授早在2011年[1]時就在PLOSONE上發(fā)表了一篇研究嬰兒記憶的文章，該研究發(fā)現(xiàn)嬰兒在經(jīng)典的習慣化范式下可以記住一個單詞（比如連續(xù)重復或者非連續(xù)重復），但是如果在測試前的休息階段給予干擾詞語刺激，那么嬰兒往往無法記住之前重復出現(xiàn)過的單詞。但是這是否意味著嬰兒的語詞記憶只有在單獨呈現(xiàn)靶子詞時才能成功發(fā)揮作用？這仍然是一個未解之謎。

為了解決這一個疑惑，與2011年那篇研究中所使用的研究范式不同的是，在這一研究中Silvia Benavides-Varela教授及其研究團隊對過去使用的經(jīng)典習慣化范式稍微做了改進：在編碼階段給嬰兒呈現(xiàn)靶子詞的同時還呈現(xiàn)了無關(guān)的干擾詞，與此同時觀察和記憶任務、注意指向任務以及語言發(fā)展相關(guān)的額葉（LF, RF）、頂葉(LP, RP) 和顳葉(LT, RT) 皮層區(qū)域的血氧含量的變化，進而探討這些區(qū)域之間是否存在相互作用。參加實驗的嬰兒年齡范圍在38-42周之間，包括14名男嬰和26名女嬰，這些嬰兒的父母均是意大利母語者。為了方便血氧含量的監(jiān)測，他們選擇了頭圍在33.5-36.0厘米之間的嬰兒參加實驗。實驗材料仍然使用的是2011年研究中的實驗材料：3個意大利語中的假詞 -- mita , pelu, 和noke，其中mita和pelu作為靶子詞，而noke作為干擾詞。

圖1(A)灰色正方形方塊代表的是通道的位置，白色的橢圓形代表的是興趣區(qū)，包括額葉、頂葉以及顳葉皮層區(qū)域。

實驗被分為三個階段即編碼階段、間隔階段以及測試階段。編碼階段包括10個block。每個block中給嬰兒按照隨機順序呈現(xiàn)8次詞語錄音，其中靶子詞（即高頻詞，high-frequency word, HF）和干擾詞（即低頻詞，low-frequency word, LF）分別播放6次和2次。一半被試的靶子詞是mita，另一半被試的靶子詞是pleu。在測試階段給其中一半被試播放編碼階段出現(xiàn)過的詞語 (same-word 組)，另一半被試播放完全陌生的詞語（novel-word 組）。每一個詞語重復出現(xiàn)8次，詞語和詞語之間播放的時間間隔是0.5秒或者1.5秒，不同的block之間的時間間隔在25秒到30秒之間變化（實驗流程如下圖所示）。

圖1（B）實驗設計流程圖。LF：低頻率詞（干擾詞），Target：高頻率詞（靶子詞）。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在編碼階段same-word組和novel-word組血氧變化差異不顯著（置換檢驗，p= 0.49）。隨后將編碼階段的所有數(shù)據(jù)合并，通過回歸分析發(fā)現(xiàn)左側(cè)額葉?（LF）的氧合血紅蛋白（OxyHb）出現(xiàn)顯著的降低([R2= 0.671; y = –0.01x (P= 0.002) +0.06(P= 0.018, Bonferroni-corrected)].，并且這種降低在前三個block最顯著。當以左側(cè)額葉為感興趣區(qū)進行單個被試的回歸分析時，結(jié)果和群體水平分析結(jié)果一致。但是在其它的感興趣區(qū)沒有出現(xiàn)這樣的結(jié)果。

圖2（A）不同被試在左側(cè)額葉中的OxyHb相對變化的時間進程。橫坐標表示的是組塊（block）數(shù)，縱坐標代表OxyHb變化值，誤差條代表平均值的標準誤.

接下來對編碼階段變化最顯著的前三個組塊（block）進行有效性連接的比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了和習慣化效應相關(guān)兩個系統(tǒng)性改變（如圖2B所示）：1）左側(cè)額葉（LF）和其它三個興趣區(qū)的功能性連接均在變?nèi)酰ㄗ髠?cè)顳葉組塊1到組塊3的路徑系數(shù)分別是0.880,0.433，-0.683；右側(cè)顳葉組塊1到組塊3的路徑系數(shù)分別是0.908,0，-0.475；右側(cè)頂葉的組塊1到組塊3的路徑系數(shù)分別是0.562，-0.062,0）；2）左側(cè)和右側(cè)顳葉之間功能連接增強（組塊1到組塊3的路徑系數(shù)分別是0,0.238,0.476）。

圖2（B）. 在編碼階段的前三個組塊中左側(cè)和右側(cè)額葉、顳葉以及頂葉的有效連接。通過使用AMOS進行模型構(gòu)建發(fā)現(xiàn)不同的模型可以很好地對前三個組塊的數(shù)據(jù)進行擬合。其中Block 1, χ2 (df = 2) ?= 1.377,P?= 0.502; block 2, χ2 (df = 3) = 4.03,P= 0.258; block 3, χ2 (df = 3) = 1.195,P= 0.754。

通過對測試階段的血氧含量變化進行回歸分析發(fā)現(xiàn)，和編碼階段一致的是，左側(cè)額葉（LF）的氧合血紅蛋白（OxyHb）也出現(xiàn)顯著的降低[R2 = 0.876;y = –0.01x (P = 0.02) + 0.004 (P = 0.58)]。對每個興趣區(qū)進行置換檢驗發(fā)現(xiàn)在same-word組和novel-word組中右側(cè)額葉在組塊1中出現(xiàn)顯著的差異（圖3A右上）。陌生詞語組的嬰兒比相同詞語組的嬰兒們表現(xiàn)出更加強烈的血氧反應。而且功能連接分析模型比較發(fā)現(xiàn)在陌生詞語組和相同詞語組具有明顯不同的功能結(jié)構(gòu)(χ2= 1,365.39, df = 14,P<0.0001)；所有的路徑中有兩條路徑組間差異顯著（LF與RP之間以及LT與LP）。而且RT和RF之間的連接只有在熟悉詞語組中才存在（路徑系數(shù)為0.53）。在陌生詞語組中興趣區(qū)之間功能連接的特點是LF和LT之間的連接（路徑系數(shù)為0.5），RT與RP（該區(qū)域在組間差異顯著）之間的路徑系數(shù)為0.38，但是這些連接并沒有出現(xiàn)在熟悉詞語組中。

通過組塊2中的ROI血氧含量分析也發(fā)現(xiàn)在RP區(qū)域在兩組出現(xiàn)顯著差異，LT區(qū)域也出現(xiàn)類似的趨勢（P= 0.01，Bonferroni corrected, P = 0.12)，和先前的對嬰兒記憶研究結(jié)果一致的是，陌生詞語組的RF區(qū)域的血氧反應強于相同詞語組。功能連接分析也發(fā)現(xiàn)，陌生詞語組和相同詞語組具有明顯的功能結(jié)構(gòu)(所有的路徑在組間差異均顯著，χ2= 1,365.39, df = 14,P<0.0001)。和組塊1中分析結(jié)果一致的是，RT和RP之間的有效連接只有在熟悉詞語組中才存在（路徑系數(shù)為0.53）。而且只有在陌生詞語組才存在LF和其它三個興趣區(qū)的連接，路徑系數(shù)分別是LF-LT:0.416;LF-LP:0.067;LF-RP:0.738。

為了更進一步探究嬰兒在再認階段時所作出反應時的腦功能連接，我們使用了2011年那篇研究中的實驗數(shù)據(jù)進行相同的功能連接分析，結(jié)果和本研究一致：

在陌生詞語組LF和LT之間以及PT和RP之間的存在非常強的耦合（路徑系數(shù)分別為0.62和0.57），但是在RT和RF之間沒有出現(xiàn)強耦合（路徑系數(shù)為0）。先前研究中的左半球興趣區(qū)之間的功能連接比本研究中的更強(LF to LT Δ = 0.281, P = 0.001; RT to RP Δ = 0.16, P =

0.058)。和本研究類似的是，在相同詞語組中，我們發(fā)現(xiàn)RT和RF之間的有很強的連接（路徑系數(shù)0.73）但是LF和LT之間不存在。先前研究中的右半球興趣區(qū)之間的連接更強(RT to RF Δ =

–0.132, P = 0.035)。先前研究中相同詞語組中RT和RP之間的路徑系數(shù)是0.84，但是在本研究中并沒有出現(xiàn)這樣的結(jié)果。

?? 本研究最大的突破和創(chuàng)新點就在于把干擾詞呈現(xiàn)在習慣化過程中而不是習慣化之后。本研究的實驗結(jié)果為嬰兒的詞語記憶功能網(wǎng)絡提供了證據(jù)，如圖4A和4B顯示，在編碼階段顳葉和左側(cè)額葉之間會相互作用，而在再認階段顳頂聯(lián)合區(qū)和右側(cè)額葉之間會相互作用。

圖4. 嬰兒的詞語記憶網(wǎng)絡以及它們之間的相互作用。藍色的線條表示的是在記憶的兩個階段中功能連接最強的腦區(qū)。其中A代表的是在編碼階段顳葉和LF之間的相互影響，B代表的是顳葉、頂葉和RF之間在再認階段的相互影響。

?參考文獻

[1]Benavides-Varela S, et al. (2011) Memory in the neonate brain. PLoS One 6:e27497.[2]Benavides-Varela, S., Siugzdaite, R., G?3Mez, D. M., Macagno, F., Cattarossi, L., & Mehler, J. (2017). Brain regions and functional interactions supporting early word recognition in the face of input variability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114(29), 7588-7593.

微信搜索“思影科技”公眾號，第一時間獲取腦影像資訊