这是一项由Paul W. Burgess等人开展的单次原创性研究，发表于NeuroImage期刊2022年第258卷。研究团队主要来自伦敦大学学院（University College London）的认知神经科学研究所和医学物理与生物医学工程系，以及意大利基耶蒂-佩斯卡拉大学（University of Chieti-Pescara）的红外成像实验室。该研究于2022年6月15日在线发表，论文题为“在真实世界街道环境中行走时与前瞻记忆相关的前额叶皮层激活”。研究的核心目的是在实验室之外的真实环境中，利用可穿戴式功能近红外光谱技术（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）探究前瞻记忆（prospective memory，PM）的神经机制，特别是社会性与非社会性前瞻记忆意图在前额叶皮层（prefrontal cortex，PFC）中的激活模式差异。

研究的学术背景植根于认知神经科学的一个长期方法论难题：前额叶皮层，尤其是嘴侧前额叶皮层（rostral prefrontal cortex，近似Brodmann 10区，简称BA 10），支持的是自我发起（self-initiated）和刺激独立（stimulus-independent）的心理过程。这类过程在传统神经影像学（如功能性磁共振成像fMRI或正电子发射断层扫描PET）中难以充分测量，因为参与者通常被限制在扫描仪内，行为受到严格约束，且实验设计往往依赖重复刺激，削弱了思维的自发性和行为的自我发起性。因此，研究者提出利用移动式可穿戴fNIRS来克服这些限制，在自然环境中测量自由走动个体的前额叶活动。前瞻记忆因其涉及大量自发和刺激独立的认知活动而被选为研究目标。在理论层面，研究围绕三种前瞻记忆理论展开：自发提取理论（spontaneous retrieval theory）预测BA 10激活主要出现在遇到前瞻记忆线索前后；预备注意与记忆理论（preparatory attentional and memory processes theory，PAM理论）预测无论是否出现线索，维持准备状态都会引起激活；多重过程理论（multiprocess theory）则预测两种模式共存。研究的另一个目标是探索“社会意图优势效应”（social intention superiority effect）的神经基础，即人类对社会性意图的优先加工和记忆优势。

研究的实验设计具有高度的生态效度。研究在伦敦皇后广场（Queen Square）的街道上进行，参与者需围绕广场行走并完成一系列任务。共招募25名参与者，最终19人纳入分析（平均年龄26岁，6名男性）。实验包括多个条件和基线：计数基线（counting baseline，CB）、行走基线（walking baseline，WB）、环境基线（environment baseline，EB）、基于活动的前瞻记忆条件（activity-based PM，AP）、社会性前瞻记忆条件（social PM，PS）、非社会性前瞻记忆条件（non-social PM，PN）以及无执行前瞻记忆条件（no-execution PM，XP）。在PS和PN条件下，参与者需在完成一个持续任务（如统计建筑物上含有“Queen”字样的标志数量）的同时，记住如果看到特定目标（社会性目标为一名实验同谋者/confederate，非社会性目标为停车计时器/parking meter）则执行“碰拳”（fist-bump）动作。AP条件只要求参与者在过马路前说“clear for crossing”。XP条件中目标依然存在，但要求参与者不回应。每个条件下的目标出现位置和次数经过预先设计，社会和非社会条件各提供约5次执行机会。

功能性近红外光谱数据通过Hitachi WOT无线可穿戴系统采集，该系统包含16个测量通道（channels），覆盖前额叶皮层，采样率为5 Hz。原始光强信号经修正的Beer-Lambert定律转换为氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（HHb）浓度变化，再经小波运动伪迹校正、带通滤波（0.008–0.2 Hz）以及基于相关性的信号改善方法（correlation-based signal improvement，CBSI）预处理，最终得到“激活信号”。数据分析采用两种方法。第一种是传统的条件对比分析方法，使用NIRS-SPM软件对每个参与者的设计矩阵进行一般线性模型（general linear model，GLM）拟合。设计矩阵包含11列：7个任务条件以及前瞻记忆事件（PM events）、空事件（null events）、规则回忆事件（rule recall）和规则违反事件（rule break）。事件时长通过录像行为编码与fNIRS时间线同步确定。第二种方法是“自动识别功能事件算法”（automatic identification of functional events，AIDE），这是一种“脑优先”（brain-first）的新分析方法。AIDE通过GLM最小二乘拟合在时间序列中自动检测每个通道中的主要神经激活时间点，并结合参与者的空间位置信息，揭示功能事件发生的物理位置。此外，研究还比较了真实功能事件发生时间与合成泊松分布（Poisson distribution）的差异，以检验事件是随机出现还是与任务相关。

研究的主要结果如下。首先，在块级对比中，与社会性前瞻记忆条件相比基线，右侧和内侧BA 10区域（通道6、8、9）表现出显著激活增加，其中通道9（内侧额极BA 10，近似MNI坐标1, 72, -2）在PS条件下激活显著高于基线，且在XP条件下显著降低。右侧半球BA 10/11/47（通道6）在PS和PN条件下均显著高于基线，而左半球对应区域（通道12）未出现显著差异。社会性前瞻记忆条件与基线相比，右外侧前额叶皮层（BA 45和BA 46，通道1和3）激活显著升高；社会性条件相比非社会性条件，这两个相邻通道的激活也显著升高。左半球类似区域（通道14）在未校正水平上显示出类似趋势。第二，在AIDE分析中，功能事件的空间分布与任务高度相关：参与者在前瞻记忆目标附近（社会目标或停车计时器附近）出现功能事件的聚集，并且在执行动作前几秒内观察到事件高峰，这提示功能事件可能与自发提取前瞻记忆意图相关。事件频率分析显示，前瞻记忆任务（包括社会和非社会条件）中BA 10区域的功能事件数量显著高于持续任务（ongoing task）条件。事件发生率分析表明，真实事件发生时间的分布显著异于随机泊松过程，且每个任务块接近结束时事件发生率下降，这与认知资源需求随任务进展递减的解释一致。

研究的结论是，移动式fNIRS可以在真实世界环境中测量自由活动个体的高级前额叶认知功能。研究确认了BA 10在前瞻记忆维持中的关键作用，并且发现与社会性意图维持相关的额外激活扩展到右侧BA 45和BA 46区域。AIDE方法的应用表明，功能事件并非随机出现，而是在参与者接近前瞻记忆线索并可能自发提取意图的时间和空间位置上聚集。这些结果部分支持了前瞻记忆的多重过程理论，即激活既与环境中线索的监测有关，也与自发意图提取有关。研究还指出，社会性前瞻记忆相比非社会性条件引起更强的BA 10激活，这为“社会意图优势效应”的神经基础提供了初步证据，尽管行为数据未显示显著的组间差异。

本研究的主要意义在于方法论和理论两个方面。方法论上，研究证明了便携式fNIRS结合AIDE分析方法可以在复杂且不可控的现实环境中测量与前瞻记忆相关的额叶激活，并将脑活动与参与者的空间位置和任务行为联系起来。这为未来研究自然场景下的认知过程开辟了新途径。理论上，研究验证了实验室中观察到的BA 10前瞻记忆激活模式可以在真实环境中重现，并揭示了社会性前瞻记忆涉及更广泛的额叶网络。研究也讨论了系统生理噪声（如心率、呼吸、血压变化）对fNIRS信号的影响，并采用了CBSI方法和多种基线条件来减少混淆因素，尽管未使用短距离通道等技术，这为未来研究提出了改进方向。

研究的亮点包括：首次在真实世界户外环境中使用可穿戴fNIRS研究前瞻记忆的神经机制；采用了AIDE“脑优先”分析方法，将脑功能事件与参与者在物理空间中的位置直接关联；实验设计兼顾了实验室前瞻记忆任务的核心特征（如延迟意图、持续任务、自发提取等）和自然社会互动（如与真人进行碰拳互动）；以及利用现实环境中的停车计时器和真人作为非社会性与社会性前瞻记忆目标，从而实现了对“社会意图优势效应”神经基础的生态化测试。