2018年10月18日，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所羅歡課題組在eLife雜志發(fā)表論文 “Fast-backward replay of sequentially memorized items in humans”。該研究采用腦電圖和行為范式研究了人類序列記憶的神經(jīng)機制，發(fā)現(xiàn)人類大腦活動在記憶保持階段會呈現(xiàn)一種時間上倒序和壓縮的重演模式 (backward and fast memory replay)；該重演模式和記憶行為中的近因效應(yīng) (recency effect)有緊密聯(lián)系。該工作首次在人類腦活動中觀察到記憶的序列回放，揭示了其心理學(xué)意義，為理解序列記憶的神經(jīng)機制和計算模型提供了新思路。
回憶電話號碼，我們需要從記憶中提取一串特定順序的數(shù)字；追憶一段舊事，我們也是從記憶中提取一段隨著時間展開的人物地點動作和對話的序列。序列記憶 (sequence memory)在很多認(rèn)知功能中都至關(guān)重要，然而這些次序信息是如何在大腦中被表征和被記憶鞏固呢？以往在小鼠上的研究發(fā)現(xiàn)了海馬區(qū)域的記憶序列重演神經(jīng)活動（例如，F(xiàn)oster& Wilson, 2006），也有學(xué)者提出了相應(yīng)的神經(jīng)計算模型（Jensen&Lisman, 2005），然而人腦上的直接神經(jīng)證據(jù)一直很少，并且這種序列重演的心理學(xué)含義也尚不清楚。
羅歡課題組通過腦電記錄結(jié)合時間響應(yīng)函數(shù)方法 (Jia et al., 2017; Liu et al., 2017)（圖1）觀察到了序列中的items在記憶保持階段的順序回放(sequential replay)。這種重演模式呈現(xiàn)出兩種有趣的時間特性。首先，它是倒序回放，即對于序列1-2會呈現(xiàn)出2-1，1-2-3會呈現(xiàn)出3-2-1；其次，它在時間上是強力壓縮的，比如一個長度為2秒的序列在200-400ms內(nèi)重演（圖2）。課題組進(jìn)而探究這種反向回放神經(jīng)活動的行為意義，發(fā)現(xiàn)其和序列記憶中的“近因效應(yīng)”（后面出現(xiàn)的記憶成績好于前面出現(xiàn)的成績）非常相關(guān)。記憶保持階段的反向重演模式越明顯，記憶成績中的近因效應(yīng)越強。該研究首次在人類身上觀察到記憶中的序列回放，并發(fā)現(xiàn)了其和近因效應(yīng)行為的關(guān)聯(lián)，為序列記憶的神經(jīng)機制和模型提供了新思路。
圖1：實驗方法
圖2：結(jié)果示意圖
北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院3年級博士生黃巧莉、生命科學(xué)聯(lián)合中心博士生賈建榮為論文的共同第一作者，生命科學(xué)聯(lián)合中心博士生韓起明也為本文做出重要貢獻(xiàn)。羅歡研究員和第一作者黃巧莉同學(xué)為本文共同通訊作者。
該工作由國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項目和面上項目資助完成。
Huang, Q.*, Jia, J., Han, Q., Luo, H.* (2018) Fast-backward replay of sequentially memorized items in humans. eLife 7: e35164 論文鏈接：https://elifesciences.org/articles/35164
參考文獻(xiàn)
1.Jia, J., Liu, L., Fang, F., and Luo, H. (2017). Sequential sampling of visual objects during sustained attention. PLoS Biol 15, e2001903.
2.Liu, L.*, Wang, F., Zhou, K., Ding, N., Luo, H. (2017) Perceptual integration rapidly activates dorsal visual pathway to guide local processing in early visual areas. PLoS Biol 15(11): e2003646.
3.Foster, D.J., and Wilson, M.A. (2006). Reverse replay of behavioural sequences in hippocampal place cells during the awake state. Nature 440, 680-683.
4.Jensen, O., and Lisman, J.E. (2005). Hippocampal sequence-encoding driven by a cortical multi-item working memory buffer. Trends Neurosci 28, 67-72.
2018-10-22