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基本信息

Title:The retrieval of previously learned motor memories is facilitated by the reinstatement of default mode network manifold structures

發(fā)表時(shí)間：2026.3.10

發(fā)表期刊:PLOS Biology

影響因子：7.2

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研究背景

“騎自行車”這項(xiàng)技能，即使多年不練，重新跨上車座時(shí)依然能迅速找回平衡。在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，這種“重新學(xué)習(xí)比初次學(xué)習(xí)快得多”的經(jīng)典現(xiàn)象被稱為“重學(xué)節(jié)省”（savings）。它暗示了我們的大腦在初次學(xué)習(xí)后，保留了某種持久的潛在“記憶痕跡”（engram），即便這種適應(yīng)性行為已經(jīng)暫時(shí)不再表現(xiàn)出來(lái)。

然而，這些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)記憶究竟藏在大腦的哪個(gè)角落？它們又是如何被靈活提取以指導(dǎo)當(dāng)前動(dòng)作的？以往，研究者的焦點(diǎn)多集中在初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層等感覺(jué)運(yùn)動(dòng)回路上。但事實(shí)上，復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)不僅關(guān)乎底層的“肌肉記憶”，還高度依賴外顯的認(rèn)知策略與記憶提取過(guò)程。這就引出了一個(gè)關(guān)鍵謎題：更高階的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)是否才是記憶喚醒背后的真正推手？

近期發(fā)表于《PLOS Biology》的一項(xiàng)研究給出了令人意外的答案。Rezaei等人的研究將聚光燈打向了一個(gè)意想不到的“主角”：默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)（Default Mode Network, DMN）。這個(gè)過(guò)去常被認(rèn)為主要負(fù)責(zé)“走神”、內(nèi)省或情景記憶的大腦網(wǎng)絡(luò)，如今被證實(shí)是我們調(diào)取并重用運(yùn)動(dòng)技能的關(guān)鍵核心。

研究核心總結(jié)

為了揭示運(yùn)動(dòng)記憶提取的機(jī)制，研究者采用功能性磁共振成像（fMRI），讓參與者連續(xù)兩天完成經(jīng)典的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)（VMR）適應(yīng)任務(wù)。通過(guò)追蹤初次學(xué)習(xí)（第一天）與快速重學(xué)（第二天）期間的全腦功能連接動(dòng)態(tài)，并利用前沿的“流形學(xué)習(xí)”（manifold learning）技術(shù)，研究人員將復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)降維成直觀的幾何流形結(jié)構(gòu)，從而清晰地捕捉了大型網(wǎng)絡(luò)配置的演變。

Fig 1. Experimental design, behavioral results, and fMRI analysis overview.

一、記憶重現(xiàn)的舞臺(tái)在DMN，而非單純的運(yùn)動(dòng)皮層

行為結(jié)果證實(shí)，參與者在第二天表現(xiàn)出了顯著的“重學(xué)節(jié)省”，誤差下降速度遠(yuǎn)超第一天。與其對(duì)應(yīng)的是，大腦在第二天早期重學(xué)時(shí)，精準(zhǔn)“重現(xiàn)”（reinstatement）了第一天早期學(xué)習(xí)時(shí)建立的大尺度皮層流形結(jié)構(gòu)。更具顛覆性的是，這種神經(jīng)模式的重現(xiàn)并沒(méi)有廣泛分布于感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，而是高度特異性地集中在DMN區(qū)域。這表明，DMN并不是一個(gè)置身事外的旁觀者，它更像是一個(gè)高層級(jí)指揮官，通過(guò)提取初次學(xué)習(xí)時(shí)的認(rèn)知情境或策略狀態(tài)，來(lái)引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)程序的重新激活。

Fig 2. Structure and eccentricity of the template Baseline manifold.

二、從“整合”到“分離”：DMN在學(xué)習(xí)與提取中的角色反轉(zhuǎn)

通過(guò)對(duì)個(gè)體差異的深入挖掘，研究揭示了DMN更為精妙的動(dòng)態(tài)機(jī)制。在第一天的全新學(xué)習(xí)階段，學(xué)習(xí)能力越強(qiáng)的個(gè)體，其DMN展現(xiàn)出越強(qiáng)的流形“收縮”（即功能整合）。此時(shí)DMN積極與其他腦區(qū)（如感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層）進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)協(xié)作，以構(gòu)建新策略、綁定環(huán)境線索。然而，在第二天的記憶提取階段，高績(jī)效個(gè)體的DMN卻表現(xiàn)出顯著的流形“擴(kuò)張”（即功能分離）。它切斷了部分外部聯(lián)系，轉(zhuǎn)而強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的高效通訊，從而快速調(diào)取并執(zhí)行已鞏固的運(yùn)動(dòng)記憶。

Fig 3. Consistent task-epoch dependent changes in manifold eccentricity across days.

三、學(xué)習(xí)策略決定了DMN的參與度

人群中存在不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格。當(dāng)研究者根據(jù)學(xué)習(xí)成績(jī)將受試者劃分為偏向使用外顯認(rèn)知策略的“快速學(xué)習(xí)者”和偏向內(nèi)隱誤差修正的“慢速學(xué)習(xí)者”時(shí)，發(fā)現(xiàn)上述DMN主導(dǎo)的記憶重現(xiàn)信號(hào)僅在“快速學(xué)習(xí)者”中極為顯著。相反，即使慢速學(xué)習(xí)者在行為上也表現(xiàn)出了節(jié)省效應(yīng)，他們的DMN重現(xiàn)特征卻非常平緩。這說(shuō)明DMN的強(qiáng)勢(shì)介入主要服務(wù)于依賴記憶的快速策略提取成分。

Fig 4. Reinstatement of DMN-centric manifold structure during relearning.

研究意義

該研究將“記憶痕跡（engram）”的概念從傳統(tǒng)的情景記憶領(lǐng)域成功拓展至運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，證實(shí)了DMN不僅介導(dǎo)認(rèn)知活動(dòng)，更是運(yùn)動(dòng)記憶形成、保持和提取的核心樞紐。這一發(fā)現(xiàn)揭示了大腦在跨領(lǐng)域記憶（無(wú)論是陳述性記憶還是運(yùn)動(dòng)技能）的靈活調(diào)取中，共享著同一套基于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)重現(xiàn)的神經(jīng)復(fù)用機(jī)制。

Fig 5. Connectivity changes that underlie the Task Epoch effect.

Fig 6. Characterizing individual differences in learning performance.

Fig 7. Network eccentricity and connectivity changes correlating with individual learning performance.

Fig 8. Learner heterogeneity reveals different DMN-centric reinstatement profiles in fast vs. slow learners.

Abstract

Motor learning induces alterations in neural activity that can persist long after the effects of such learning have faded. These persistent neural alterations are thought to manifest behaviorally as “savings,” or faster relearning, via access to a latent motor memory. How the human brain forms and retrieves these latent memories, and the specific neural systems involved, remains unresolved. Here, using human functional MRI and a two-day sensorimotor adaptation paradigm, we show that savings are associated with the reinstatement of a large-scale cortical manifold structure formed during initial learning. Notably, this neural reinstatement effect was not observed across sensorimotor systems but was localized to regions of the default mode network (DMN). Moreover, the specific dynamics of DMN activity were linked to inter-subject differences in patterns of learning and relearning across days. These results suggest that motor savings arises from the re-expression of DMN activity patterns associated with initial learning, establishing a key role for this network in motor memory formation and retrieval. This finding, paralleling reinstatement principles from other memory domains (episodic memory, fear conditioning) and anticipated by recent computational models of motor learning, suggests a common mechanism for the flexible recall and reuse of stored memories across diverse behavioral contexts.

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審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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