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A054 PNAS重磅：工作记忆的“漂移”与皮层层级间的信息回流机制

来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜发布：2026-02-08 ｜原文链接

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基本信息

Title:Dynamics of working memory drift and information flow across the cortical hierarchy

发表时间：2026.1.23

发表期刊: PNAS

影响因子：9.1

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研究背景

工作记忆（Working Memory）常被比作我们大脑中的“画板”，让我们能够在短暂的时间内保存并操作信息。然而，这块画板上的墨水并不总是稳固的。由于神经系统的内部噪声，我们的记忆表征会随着时间的推移发生“漂移”（Drift），最终导致行为上的误差。为了解释这一现象，计算神经科学家提出了“吸引子动力学”模型，认为记忆存储在神经网络的特定能量状态中，而噪声会导致状态点在能量曲面上游走，从而产生漂移。

虽然我们已经知道工作记忆并非存储于单一脑区，而是依赖于分布在皮层层级上的广泛网络，但一个关键的动态过程仍未被揭示：在这个分布式网络中，记忆的“漂移”究竟起源于何处？ 错误是同时在所有脑区产生，还是像“传声筒”游戏一样，由一个区域传播到另一个区域？

长期以来，受限于成像技术的时间分辨率或空间覆盖范围，研究者们难以捕捉到这种在大脑不同区域间毫秒级或秒级的信息流动。过去的研究多聚焦于前额叶皮层或单一视觉区，忽略了层级间的动态交互。本研究利用时间分辨功能磁共振成像（Time-resolved fMRI）和贝叶斯解码技术，对人类视觉和顶叶皮层进行了精细扫描，试图解开工作记忆表征在皮层层级间演化和传播的时空谜题。

研究核心总结

本研究通过一项空间工作记忆任务（Memory-guided Saccade Task），结合群体感受野（pRF）定位与高时间分辨率的解码分析，揭示了工作记忆误差在皮层网络中的起源与流向。

Fig. 1. Tasks and behavioral performance.

核心发现一：记忆表征的“漂移”即是行为误差的神经基础

研究者在视觉皮层（V1, V2, V3, V3AB）和顶内沟（IPS0-3）均解码出了显著的记忆目标位置信息。更关键的是，神经解码出的位置并非静止不动，而是会随着延迟时间的推移发生系统的“漂移”。数据表明，神经解码的误差方向与被试最终的行为报告误差方向高度一致。这为吸引子动力学模型提供了直接的神经影像学证据：大脑对记忆内容的神经表征并非固定不变，其随时间的随机游走（Drift）直接导致了回忆时的偏差。

Fig. 2. The temporal dynamics of working memory signals.

核心发现二：误差信号起源于高阶皮层，随后传导至初级视皮层

通过分析神经解码误差与行为误差相关性的时间进程，研究发现了一种明确的层级时序差异。这种预测行为误差的神经信号最早出现在高阶视觉区（V3AB）和顶内沟（IPS0），随后才出现在初级视皮层（V1）。具体而言，V1的神经表征在延迟期的早期并不预测行为误差，直到反应提示前的最后时刻才表现出相关性。这一时间滞后暗示，导致记忆偏差的神经活动模式是在高阶皮层首先形成，然后反向传播回早期感知皮层的。

Fig. 3. Flow of memory information quantified by interareal correlations.

核心发现三：工作记忆维持依赖于“自上而下”的反馈流

为了验证上述假设，研究者计算了脑区间的信息流动方向。结果显示，在工作记忆任务的维持阶段，信息流表现出显著的反馈主导特征，即V3AB的神经活动模式显著预测了V1随后时刻的活动模式。相反，在没有记忆负荷的被动注视任务中，信息流则主要表现为自下而上的前馈模式（即V1驱动V3AB）。这表明，工作记忆的维持是一个主动的重构过程，高阶皮层通过反馈机制持续刷新或“控制”初级感觉皮层的表征。

Fig. 4. Time lags in interareal correlations.

机制解释与意义

研究进一步通过视觉视野坐标重建了V3AB的神经活动“凸包”。分析显示，记忆误差主要由这个活动凸包的中心位置漂移引起，而非增益的改变。

图10

Fig. 5. Visualizations of population activity in V3AB.

综上所述，该研究提出了一个动态的层级工作记忆模型：记忆内容的维持涉及跨皮层的动态交互，高阶背侧视觉通路（如V3AB/IPS0）充当了“驾驶员”的角色，其内部产生的随机漂移通过反馈连接传播至初级视皮层，最终塑造了我们的记忆行为。这一发现挑战了早期视皮层仅作为被动存储器的观点，强调了高阶皮层在维持和调节初级皮层表征稳定性中的核心控制作用。

图11

Abstract

Working memory is supported by widespread and distributed brain regions spanning across the cortical hierarchy. However, how working memory content evolves and is transmitted across cortical regions remains largely unknown. Here, we investigated the flow of working memory information across the cortex using time-resolved fMRI decoding. Across multiple regions in visual and parietal cortex, we found that decoded working memory content drifted over time from the memoranda toward the later errors in memory reports, consistent with the dynamics of memory drift predicted by attractor models. These behaviorally predictive neural memory errors emerged earliest in higher-order dorsal visual area (V3AB) and intraparietal sulcus (IPS0) and then later in early visual cortex (V1), suggesting a propagation of mnemonic information originated in higher-level visual area. Interareal correlation analyses revealed that during memory maintenance, information flowed predominantly in a top–down manner—from higher to lower visual areas, whereas during passive viewing, feedforward dynamics prevailed. Together, our findings demonstrate that working memory maintenance involves temporally structured drift dynamics and feedback-dominated information flow across the cortical hierarchy, providing a mechanistic link between neural population dynamics and the formation of memory errors.

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图12