“北國風光，千里冰封，萬里雪飄…….江山如此多嬌，引無數(shù)英雄競折腰……俱往矣，數(shù)風流人物，還看今朝！”
“獨立寒秋，湘江北去，橘子洲頭……攜來百侶曾游，憶往昔崢嶸歲月稠……曾記否，到中流擊水，浪遏飛舟！
很明顯，兩首同屬詞牌《沁園春》。詞牌本是用于吟唱，雖然當時的曲調(diào)已經(jīng)失傳，我們?nèi)匀粡臄嗑渲懈惺芄?jié)奏，也可以為詞全新譜曲。詞牌給定了結(jié)構(gòu)，同一結(jié)構(gòu)又可填入不同文字內(nèi)容。結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的靈活組合幫助我們產(chǎn)生了無窮無盡的文字和聲音的豐富體驗。
本研究旨在探索人腦是如何把聽覺序列（比如一段旋律）中的結(jié)構(gòu)信息（序列位置，比如1、2、3）和內(nèi)容信息（音調(diào)本身，比如do、re、mi）保存在工作記憶中。聽覺序列的成功記憶既依賴于結(jié)構(gòu)也依賴于內(nèi)容：結(jié)構(gòu)信息的丟失使得旋律的前后順序混淆，內(nèi)容信息的丟失則會導致“走調(diào)”。
實驗中，人類受試需要記住三個次序播放的聲音頻率，同時腦活動被具有高時間分辨率的腦電圖記錄。由于記憶保持階段的腦活動處于“靜默態(tài)”而無法直接讀取，我們采用了一種“擾動-讀取”的辦法，即對該記憶網(wǎng)絡進行短暫擾動來激活其所存儲的信息，進而采用神經(jīng)編解碼技術(shù)進行解析。該“擾動-讀取”技術(shù)類似于在一個黑暗的山洞中通過大聲呼喊（擾動）所產(chǎn)生的回聲（讀?。﹣硖綔y看不見的洞的信息（靜默態(tài)記憶）。
我們發(fā)現(xiàn)聽覺序列記憶中的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容信息呈現(xiàn)出分離的特性（如下圖所示）：
在編碼階段，序列中的每個聲音所引起的神經(jīng)活動都攜帶兩個并行標簽：其所處的位置（結(jié)構(gòu)信息）和其聲音頻率（內(nèi)容信息）。最為重要的是，在“靜默態(tài)”記憶保持階段，白噪聲擾動激發(fā)了所存儲的內(nèi)容信息而沒有結(jié)構(gòu)信息，而另一種retrocue擾動則激發(fā)了結(jié)構(gòu)信息而沒有內(nèi)容信息，暗示了結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的分離存儲機制。此外，結(jié)構(gòu)的神經(jīng)表征在整個記憶過程中相對穩(wěn)定不變，而內(nèi)容的神經(jīng)表征則呈現(xiàn)出動態(tài)變化的特性。最后，從“靜默態(tài)”保持階段所擾動激發(fā)的內(nèi)容神經(jīng)表征和之后的聽覺記憶行為有緊密關系，提示了一種對聽覺工作記憶進行檢測的有效神經(jīng)指標。
綜上所述，我們的研究揭示了聽覺序列工作記憶中“內(nèi)容與結(jié)構(gòu)”的分離存儲神經(jīng)機制，這樣的內(nèi)容-結(jié)構(gòu)分離有利于人類面對新內(nèi)容輸入的記憶遷移和存儲，正所謂以“不變（結(jié)構(gòu)）應萬變（內(nèi)容）“。
該論文近日發(fā)表在《The Journal of Neuroscience》上。北京大學心理與認知科學學院博士生范瑩為論文的第一作者，已畢業(yè)博士生韓起明、元培學院四年級本科生郭思萌為本文做出重要貢獻。羅歡研究員為本文的通訊作者。該工作由羅歡研究員承擔的國家自然科學基金重點項目資助完成。
全文鏈接：https://www.jneurosci.org/content/early/2021/06/01/JNEUROSCI.0320-21.2021
Fan, Y. Han, Q., Guo, S., Luo, H.* (2021) Distinct neural representations of content and ordinal structure in auditory sequence memory. Journal of Neuroscience. JN-RM-0320-21; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0320-21.2021
2021-06-23