概述：

    在工作记忆里进行信息处理的能力是认知发展的一个重要因素。在这里，我们用事件－相关功能性MRI来检测一个假设，即相对于纯粹的保持，信息处理的发展性提升跟不断增加的背外侧（DL）额叶皮层（PFC）和上顶骨皮层补充息息相关。三个年龄组别（8－12岁、13－17岁、18－25岁）分别在保持和处理状态下进行了物体工作记忆任务。我们发现8－12岁的任务做得不够青年和成人好，特别是作业要求除了保持信息之外还要信息处理。在这一研究中，我们在腹外侧PFC里（与实时信息保存相关的一个区域）观察不到年龄的差别。相反，不像稍大的受试者，8－12岁在延迟期的信息处理时（相对于信息保留）不能补充右DL PFC和双侧上顶骨皮层。这些年龄组的差别特别在延迟期被观察到（在延迟期受试者重新在工作记忆排列信息），它不能被组别在表现上的不同来说明。在所有受试者中，右DL PFC和上顶骨皮层的活化水平（而非腹外侧PFC）是绝对跟信息处理的表现相关。这些结果表明在青年时期右DL PFC和双侧顶骨皮层不断增加的补充跟与物体表现工作的进步相关。

    工作记忆，或者使信息处于一个高度可提取状态的能力，是在儿童时期发展起来的。把信息保留在记忆中的能力是各种理解感知能力，包括阅读，数学计算，问题解决等的基础，而且工作记忆能力可以预期孩子在学校的表现。我们可以在学龄儿童中观察到保持即时信息的能力发展性的改变。但是，当孩子必须处理操作这些信息的时候，这种改变会更加显著。在这个研究中，我们的焦点在于处理工作记忆中信息的能力的改变背后的神经系统发展。

    儿童完成包括操作处理的任务是非常困难的，这个发现可从几个可能性途径进行解释。一个可能性是一个单一的关联，也就是说儿童工作记忆的一般性发展还有包含操作处理的有挑战性的工作记忆任务是于延时动作的改变相关联的。另一个可能是一个工作记忆的特殊发展过程：操作处理有一个与保持有关的延迟发展过程，因为它依赖与大脑另外一些区域的发展，这些区域的成熟比单纯与保持能力相关的区域的成熟要晚一些。这项研究的目的是通过功能性的核磁共振方法来验证这些工作记忆发展的竞争性假设。

    围绕成人工作记忆的大脑成像研究表明侧前额叶皮质（PFC）的不同部位和信息的保持和处理有关。这项研究把腹外侧的PFC与即时信息的保持关联起来，并从一般意思上表明，当信息需要处理的时候，中旬侧背的PFC是额外新增的关联区域。有趣的是，虽然中旬侧背的PFC被最广泛地认为与操作处理有重要的关联， Wager and Smith的一项meta分析显示了上级顶叶是与操作处理任务有最紧密关联的区域。我们建立了这样的假设，顶叶皮层的数量与空间的大小的表现是工作记忆中信息组织和操作处理的基础。

    以成人神经系统的成像数据为基础，我们可以围绕前面所概述的关于工作记忆发展的两种可能假设做出一些可能性的预测。根据工作记忆发展的特定过程，我们预测在单纯保持信息的任务中表现良好但在处理上有障碍的孩子（8-12岁）应该中旬侧背的PFC和顶叶皮层还没有发育到适当水平但是腹外侧的PFC的发育水平已经和青少年和成人相似。根据工作记忆的整体性发展，我们预测了与年龄相关的工作记忆网络的增长，包括与保持和处理相关的腹外侧的PFC、中旬侧背的PFC和顶叶皮层。

    有关大脑结构成像的研究发展显示了从儿童晚期到青春期大脑皮层灰质的流失和白质的增长，这与多余神经细胞的修剪和大脑不同区域结构连通的增加有关。对皮层灰质的纵向测量表明，VL PFC相对于DL PFC来说在早期就成熟了，这支持了我们关于这些区域功能性成熟的命令的预测。

    目前已经有几项关于工作记忆的功能性大脑成像的研究，尽管这些研究中没有一项是以处理的神经基础为主要内容的。关于空间工作记忆的事件相关性研究表明，当任务有更高要求的保持时，成人比8到12岁的儿童表现出更强的PFC和顶叶皮层活性，这表明工作记忆网络在这个年龄段中还在发展增强。尽管先前关于工作记忆发展的成像研究采用的是要求保持信息或同时保持和处理的任务，从我们的学科知识上讲，这是第一个将处理分离开来做单独研究的研究，所用的方法是将保持+处理与单纯保持的条件下做对比。

    在这项研究中，我们关联一个较低的工作记忆任务（三个可指名的物体）来聚焦于处理能力的发展改变。事实上，在更高的工作记忆任务中，参与者可能采取矮人策略来保持大量的信息，在矮人策略中或其本身，可以被认为是一个处理过程。确实，Rypma和他的同事对DL PFC在高保持任务中的活性与矮人策略的相关性进行了争论。正因为这样，我们采用了一个三个物体的任务来避免单纯保持的条件被处理要求污染了。

    在这项研究中，当健康的右手参与者在同时保持和处理的条件下完成工作记忆任务时，我们获取了他们的事件相关性fMRI数据。先前的工作表明工作记忆表现的改变发生在儿童晚期，并一般在青春期达到成熟水平。因此，在目前的研究中，我们采用了三个年龄组的参与者：儿童，8-12岁（n=14）；青少年，13-17岁（n=12）;青年成人，18-25岁（n=18）。在工作记忆任务中，三个可命名的物体被相继呈现。在6秒中的展示期中，我们用提前命令指示参与者重复这些物体（保持任务），或者将物体反转至相应的命令（处理任务）。展示过后，参与者将会马上被提供一个物体并通过按一个按钮来表示这个目标物体在刚才的前进或后退序列中是第一、第二、还是第三个出现。

    每个作业开始于250毫秒的十字注视点，然后有三件物体出现，每个呈现750毫秒，间隙为250毫秒的十字注视点。当最后物体出现后，就有“顺序”或“倒序”字样，呈现时间为500毫秒，受试要在6000毫秒里说出三个物体的名字。最后有一个物体出现，受试要指出在“顺序”或“倒序”中它是排行第几，正确答案会变成蓝色。

    讨论：

    从我们的学科知识上来讲，这项研究建立了第一次在发展过程中将处理从保持中分离开来的fMRI研究。正如我们所预期的，正如我们所预期的，8-12岁的儿童在要求单纯保持的训练中比成人出现更多的错误，但在处理任务中相对于年龄更大的参与者并没有出现相应比例的困难增加。尽管有实验者验证道，当儿童被大声要求去做的时候，他们理解任务指示并可以在工作记忆中将事物反转过来，上面的结果还是被观测到了。

    在展示期中，成人和13-17岁的青少年与处理和保持相关的DL PFC和初级顶叶皮层有一个增长。相比之下，8-12岁的儿童在展示期中这些区域并没有增长，尽管在训练的其他部分它们有所增长。展示期内处理训练的活性与行为是相关的:从所有参与者来看，右DL PFC和两侧初级顶叶皮层而不是VL PFA的强烈增殖补充是与更好的处理能力相关的。当扣除上年龄因素的影响后，这些相关性同样是非常明显的，表明了这些区域的成熟水平影响了参与者的任务表现行为。不像较大的年龄组，8-12岁的儿童在单纯的保持之外并没有新增额外的区域用于处理，这种对保持线路的依赖与不理想的处理能力有关。

    对这些小组的分析表明了从儿童到更大年龄的参与者在展示期内右DL PFC和两侧初级顶叶皮层的不同活性不仅仅只反映了不同年龄组的任务表现。然而，经验上的不同也可能引起所观察到的年龄组差异，因为儿童在信息处理的经验上可能比成人要少得多。以前的研究已经显示成人的DL PFC和顶叶活性可以随着练习而增加。同样的，如果给予广泛的训练，儿童也可能开始增殖这些用于处理的区域。

    尽管各年龄组间的不同表现处理比保持被强调更多，但是8-12岁的儿童在单纯保持任务上也比年龄大些的参与者表现得差一些。这个表现上的不同并不是根源于不同年龄组不同的VL PFC发育增殖。可能的原因是儿童在较晚发生的皮层区域上有比较弱的工作记忆。更进一步的实验可以通过改变单纯保持任务的要求来明确地测试这个假设，也可以通过改变展示时间的长短或者记忆判断的认知困难度。

    在此研究中，8-12岁的儿童具有和青少年和成人相似轮廓的VL PFC，前面的研究已经在这个年龄组完成要求抑制控制的任务时观察到这个区域不成熟的VL PFC活性。即便是在这个研究当中，在保持时也可以观察到不同年龄组DL PFC的不同，而不是在提示和探查时期。这个发现表明，大脑活性的年龄组差别可以根据特定任务而不同，这似乎说明，一个大脑区域和它与别的区域的连接能够通过参与一项特定的认知功能而充分地成熟，而不是参加另一个功能。就像其他的发育神经成像研究一样，这项研究表现了在成人相对于儿童（例如，25，29，30，34）在某些大脑区域的新增，加强方式，虽然在这项以工作记忆处理为焦点的研究中，儿童并没有在任何区域比成年人表现出更强的活性。并且不像其他的研究，最新的结果不能够很好地被一种大脑活性的扩散或聚焦的发展变化所描述，尽管在一个更大的儿童参与群体中，这种方式可能表现得更加明显。

    总的来说，这个研究支持了行为上特异过程的解释，认为工作记忆中，处理事件的能力比把事件简单保存在记忆中的能力发展得更慢。与保持相关的相似方式在8-12岁、13-17岁和成人组中的额叶和顶叶中可以被观察到。相比之下，在要求处理的精确时间点，8-12岁的儿童并没有出现相关区域的新增，青少年和成人依赖这些区域来处理信息。这些发现指明了有关处理的神经基础网络的发展慢于保持的相关区域。特别地，这些数据显现了8-12岁儿童在展示的过程中与工作记忆相关的的VL PFC的发育新增与青少年和成人相似，但是与处理相关的DL PFC和初级顶叶皮层没有额外的新增。各种在这里报道的分析都强烈地表明，儿童在展示过程中有处理信息的困难是因为他们在这些相关区域并没有出现一个合适的新增补充。根据这些数据，年龄较大的成年人工作记忆的不足是和右DL PFC的新增的降低相关联的。虽然在各种认知任务训练中，儿童与成人大脑活性的不同可以被观察到，但是几乎没有其他发展的大脑成像研究尝试过将认知能力不足与他们的神经基础底物分离开来研究。一项纵向的研究可以将目前的组合结果拓展开去，所采用的方法是跟踪VL PFC和DL PFC的内部改变和初级皮层的活性，并研究他们与行为上改变的相关性。