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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”這項技能，即使多年不練，重新跨上車座時依然能迅速找回平衡。在運動學習領域，這種“重新學習比初次學習快得多”的經(jīng)典現(xiàn)象被稱為“重學節(jié)省”（savings）。它暗示了我們的大腦在初次學習后，保留了某種持久的潛在“記憶痕跡”（engram），即便這種適應性行為已經(jīng)暫時不再表現(xiàn)出來。

然而，這些復雜的運動記憶究竟藏在大腦的哪個角落？它們又是如何被靈活提取以指導當前動作的？以往，研究者的焦點多集中在初級運動皮層等感覺運動回路上。但事實上，復雜的運動適應不僅關乎底層的“肌肉記憶”，還高度依賴外顯的認知策略與記憶提取過程。這就引出了一個關鍵謎題：更高階的認知網(wǎng)絡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意想不到的“主角”：默認模式網(wǎng)絡（Default Mode Network, DMN）。這個過去常被認為主要負責“走神”、內(nèi)省或情景記憶的大腦網(wǎng)絡，如今被證實是我們調(diào)取并重用運動技能的關鍵核心。

研究核心總結(jié)

為了揭示運動記憶提取的機制，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)典的視覺運動旋轉(zhuǎn)（VMR）適應任務。通過追蹤初次學習（第一天）與快速重學（第二天）期間的全腦功能連接動態(tài)，并利用前沿的“流形學習”（manifold learning）技術(shù)，研究人員將復雜的大腦網(wǎng)絡狀態(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)絡配置的演變。

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

一、記憶重現(xiàn)的舞臺在DMN，而非單純的運動皮層

行為結(jié)果證實，參與者在第二天表現(xiàn)出了顯著的“重學節(jié)省”，誤差下降速度遠超第一天。與其對應的是，大腦在第二天早期重學時，精準“重現(xiàn)”（reinstatement）了第一天早期學習時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)并沒有廣泛分布于感覺運動系統(tǒng)，而是高度特異性地集中在DMN區(qū)域。這表明，DMN并不是一個置身事外的旁觀者，它更像是一個高層級指揮官，通過提取初次學習時的認知情境或策略狀態(tài)，來引導運動程序的重新激活。

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

二、從“整合”到“分離”：DMN在學習與提取中的角色反轉(zhuǎn)

通過對個體差異的深入挖掘，研究揭示了DMN更為精妙的動態(tài)機制。在第一天的全新學習階段，學習能力越強的個體，其DMN展現(xiàn)出越強的流形“收縮”（即功能整合）。此時DMN積極與其他腦區(qū)（如感覺運動皮層）進行跨網(wǎng)絡協(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，高績效個體的DMN卻表現(xiàn)出顯著的流形“擴張”（即功能分離）。它切斷了部分外部聯(lián)系，轉(zhuǎn)而強化網(wǎng)絡內(nèi)部的高效通訊，從而快速調(diào)取并執(zhí)行已鞏固的運動記憶。

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

三、學習策略決定了DMN的參與度

人群中存在不同的學習風格。當研究者根據(jù)學習成績將受試者劃分為偏向使用外顯認知策略的“快速學習者”和偏向內(nèi)隱誤差修正的“慢速學習者”時，發(fā)現(xiàn)上述DMN主導的記憶重現(xiàn)信號僅在“快速學習者”中極為顯著。相反，即使慢速學習者在行為上也表現(xiàn)出了節(jié)省效應，他們的DMN重現(xiàn)特征卻非常平緩。這說明DMN的強勢介入主要服務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)的情景記憶領域成功拓展至運動學習領域，證實了DMN不僅介導認知活動，更是運動記憶形成、保持和提取的核心樞紐。這一發(fā)現(xiàn)揭示了大腦在跨領域記憶（無論是陳述性記憶還是運動技能）的靈活調(diào)取中，共享著同一套基于網(wǎng)絡狀態(tài)重現(xiàn)的神經(jīng)復用機制。

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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分享人：飯鴿兒

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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