北京大學心理與認知科學學院、麥戈文腦科學研究所羅歡課題組開發(fā)了一種從人腦中讀取聽覺序列工作記憶的新手段，并揭示了序列結(jié)構(gòu)信息在記憶中的“穩(wěn)定-動態(tài)“表征特性。該論文近日以題為“Reactivating ordinal position information from auditory sequence memory in human brains“在線發(fā)表在《Cerebral Cortex》上。
“貓追狗“，”狗追貓“，同樣的文字內(nèi)容，處在序列中的不同位置，則產(chǎn)生完全不一樣的意義。例如，”貓“在”貓追狗“中所對應的序列位置是1，而在”狗追貓“中則對應3。因此，當把一個聽覺序列（例如一串數(shù)字，或者一段旋律）暫存在工作記憶中時，不但要存儲其內(nèi)容（音調(diào)），也要保持其序列位置。
課題組以往的工作開發(fā)出一種新手段，能夠從人腦中成功激發(fā)聽覺序列記憶中的內(nèi)容信息，并預測之后的記憶成績。具體來說，在記憶保持階段，通過播放白噪聲來擾動聽覺記憶網(wǎng)絡(luò)，進而激發(fā)出儲存在其中的音調(diào)信息 (Fan et al., Journal of Neuroscience, 2021)。然而，這種白噪聲擾動手段無法激發(fā)序列位置信息，這一方面提示了內(nèi)容和結(jié)構(gòu)在人腦記憶網(wǎng)絡(luò)的分離存儲，另一方面也表明亟待開發(fā)新手段來讀取記憶中的結(jié)構(gòu)信息。
實驗中，人類受試需要記住三個次序播放的聲音音調(diào)及其序列位置，腦活動被具有高時間分辨率的腦電圖（EEG）同時記錄。首先，我們發(fā)現(xiàn)當進入記憶保持階段時，序列位置信息無法從腦活動中被解碼，表明進入記憶的“靜默態(tài)“。最為重要的是，我們發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)一個視覺中性刺激（包含數(shù)字”0“的白色圓盤）可以有效激發(fā)出存儲在靜默態(tài)記憶中的序列位置信息（圖1），并且該激發(fā)的神經(jīng)表征和之后的記憶成績有關(guān)聯(lián)。
圖1. 聽覺序列工作記憶中保持的位置信息被中性視覺刺激成功激發(fā)
我們進一步研究了序列位置信息在編碼和保持階段的神經(jīng)表征形式是否相同。發(fā)現(xiàn)序列位置信息呈現(xiàn)出一種“穩(wěn)定-動態(tài)“的表征特性。具體來說，序列位置信息本身呈現(xiàn)隨時間變化的動態(tài)特性，但在記憶保持階段被激發(fā)時，會在高維表征空間中完全重復編碼階段的動態(tài)軌跡（圖2）。綜合以往的研究發(fā)現(xiàn)，該結(jié)果表明結(jié)構(gòu)和內(nèi)容具有非常不同的神經(jīng)表征形式，前者更為穩(wěn)定，而后者則更為變化。
圖2. 序列位置信息在工作記憶中的“穩(wěn)定-動態(tài)”編碼特性
北京大學心理與認知科學學院博士后范瑩博士為論文的第一作者。羅歡研究員為本文的通訊作者。本研究獲得國家科學和技術(shù)創(chuàng)新2030重大項目、國家自然科學基金重點項目、北京大學博雅博士后項目資助。
Reference
1. Fan, Y., Luo, H.* (in press) Reactivating ordinal position information from auditory sequence memory in human brains. Cerebral Cortex
2. Fan, Y., Han, Q., Guo, S., Luo, H.* (2021) Distinct neural representations of content and ordinal structure in auditory sequence memory. Journal of Neuroscience 41 (29) 6290-6303. https://www.jneurosci.org/content/41/29/6290
2022-12-06