北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所羅歡課題組開發(fā)了一種從人腦中讀取聽覺(jué)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(dòng)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(duì)應(yīng)的序列位置是1，而在”狗追貓“中則對(duì)應(yīng)3。因此，當(dāng)把一個(gè)聽覺(jué)序列（例如一串?dāng)?shù)字，或者一段旋律）暫存在工作記憶中時(shí)，不但要存儲(chǔ)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(jué)序列記憶中的內(nèi)容信息，并預(yù)測(cè)之后的記憶成績(jī)。具體來(lái)說(shuō)，在記憶保持階段，通過(guò)播放白噪聲來(lái)擾動(dòng)聽覺(jué)記憶網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而激發(fā)出儲(chǔ)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(dòng)手段無(wú)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(chǔ)，另一方面也表明亟待開發(fā)新手段來(lái)讀取記憶中的結(jié)構(gòu)信息。

實(shí)驗(yàn)中，人類受試需要記住三個(gè)次序播放的聲音音調(diào)及其序列位置，腦活動(dòng)被具有高時(shí)間分辨率的腦電圖（EEG）同時(shí)記錄。首先，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)入記憶保持階段時(shí)，序列位置信息無(wú)法從腦活動(dòng)中被解碼，表明進(jìn)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(gè)視覺(jué)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(chǔ)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(jī)有關(guān)聯(lián)。


圖1. 聽覺(jué)序列工作記憶中保持的位置信息被中性視覺(jué)刺激成功激發(fā)

我們進(jìn)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(dòng)態(tài)“的表征特性。具體來(lái)說(shuō)，序列位置信息本身呈現(xiàn)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特性，但在記憶保持階段被激發(fā)時(shí)，會(huì)在高維表征空間中完全重復(fù)編碼階段的動(dòng)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(dòng)態(tài)”編碼特性

北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)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(guó)家科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、北京大學(xué)博雅博士后項(xiàng)目資助。

原文鏈接：https://academic.oup.com/cercor/advance-article-abstract/doi/10.1093/cercor/bhac471/6863995?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=cercor&utm_medium=email

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