2021年4月2日，北京大學心理與認知科學學院及麥戈文腦科學研究所李晟課題組在The Journal of Neuroscience在線刊發(fā)了題為“Perceptual learning beyond perception: mnemonic representation in early visual cortex and intraparietal sulcus”的研究論文。結合行為實驗、功能磁共振成像(fMRI)和經(jīng)顱磁刺激(TMS)技術，研究者發(fā)現(xiàn)知覺訓練可以改變工作記憶信息在初級視皮層和頂內溝的表征模式。該研究為人類大腦可塑性機制的探索提供了新的研究視角。
人類視知覺系統(tǒng)的發(fā)展存在關鍵期。近年來的研究表明，人類的感知能力在關鍵期之后依然可以隨著訓練而提高，這種現(xiàn)象被稱為知覺學習。例如，具有豐富經(jīng)驗的腫瘤科醫(yī)生可以識別片子里的細微異常，鋼琴家可以分辨出音色的細微差異。
知覺學習為探索大腦可塑性的規(guī)律提供了重要窗口。以往知覺學習領域的研究表明，感知能力的提高伴隨著感覺系統(tǒng)和決策系統(tǒng)的神經(jīng)活動變化[1]。然而，作為知覺任務中的重要認知成分—工作記憶信息的表征如何受到知覺學習的調控卻缺乏研究。
在本研究的兩個實驗中，李晟課題組分別結合了知覺訓練與功能磁共振成像(fMRI)和經(jīng)顱磁刺激(TMS)技術，對以上問題進行了探討。在訓練階段中，被試需要經(jīng)過為期6天的朝向辨別任務訓練（圖1），即判斷第二個測試刺激相對于第一個記憶刺激的朝向偏轉方向。在前后測階段，研究者結合fMRI和TMS技術考察工作記憶相關腦區(qū)(初級視皮層和頂內溝)在兩個刺激間延遲階段的神經(jīng)活動模式。
圖1 知覺學習的實驗流程和范式
在訓練前后，實驗一結合fMRI和多體素模式分析（MVPA），解碼被試在兩個刺激間延遲階段對朝向信息的記憶表征。結果發(fā)現(xiàn)，初級視皮層的神經(jīng)活動僅在訓練前可以解碼記憶朝向，而頂內溝的神經(jīng)活動僅在訓練后可以解碼記憶朝向。實驗二使用fMRI引導下的在線重復TMS技術，分別干擾初級視皮層和頂內溝在延遲階段的神經(jīng)活動。結果發(fā)現(xiàn)，干擾初級視皮層的神經(jīng)活動在訓練前后都有損被試的行為表現(xiàn)；而干擾頂內溝的神經(jīng)活動僅在訓練后降低被試的行為表現(xiàn)。
圖2 fMRI和TMS實驗結果
綜合fMRI和TMS實驗的結果，本研究表明初級視皮層在訓練前后都參與了工作記憶信息的表征，但知覺學習可能改變了工作記憶信息在初級視皮層的表征模式；相對的，頂內溝僅在知覺訓練后參與工作記憶信息的表征。這些結果支持并拓展了工作記憶的表征征用理論[2]，同時提示知覺學習對大腦多層級信息表征的影響。
李晟課題組已畢業(yè)博士生賈珂，李雅和龔夢園為該論文的共同第一作者，合作者包括陜西師范大學心理學院的王勇慧教授，課題組在讀博士生黃暉對本研究也做出了重要貢獻。本研究得到了科技部國家重點研發(fā)計劃與國家自然科學基金的支持。
【參考文獻】
[1] Maniglia M, Seitz AR (2018) Towards a whole brain model of Perceptual Learning. Curr Opin Behav Sci 20:47–55.
[2] Gayet, S., Paffen, C. L., & Van der Stigchel, S. (2018). Visual working memory storage recruits sensory processing areas. Trends in Cognitive Sciences, 22(3), 189-190.
【論文鏈接】
https://www.jneurosci.org/content/early/2021/04/01/JNEUROSCI.2780-20.2021
2021-04-19