“北國風(fēng)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(fēng)流人物,還看今朝!”

“獨(dú)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(dāng)時(shí)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(yàn)。

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(huì)導(dǎo)致“走調(diào)”。

實(shí)驗(yàn)中,人類受試需要記住三個(gè)次序播放的聲音頻率,同時(shí)腦活動(dòng)被具有高時(shí)間分辨率的腦電圖記錄。由于記憶保持階段的腦活動(dòng)處于“靜默態(tài)”而無法直接讀取,我們采用了一種“擾動(dòng)-讀取”的辦法,即對(duì)該記憶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短暫擾動(dòng)來激活其所存儲(chǔ)的信息,進(jìn)而采用神經(jīng)編解碼技術(shù)進(jìn)行解析。該“擾動(dòng)-讀取”技術(shù)類似于在一個(gè)黑暗的山洞中通過大聲呼喊(擾動(dòng))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(gè)聲音所引起的神經(jīng)活動(dòng)都攜帶兩個(gè)并行標(biāo)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(dòng)激發(fā)了所存儲(chǔ)的內(nèi)容信息而沒有結(jié)構(gòu)信息,而另一種retrocue擾動(dòng)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(chǔ)機(jī)制。此外,結(jié)構(gòu)的神經(jīng)表征在整個(gè)記憶過程中相對(duì)穩(wěn)定不變,而內(nèi)容的神經(jīng)表征則呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的特性。最后,從“靜默態(tài)”保持階段所擾動(dòng)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(guān)系,提示了一種對(duì)聽覺工作記憶進(jìn)行檢測的有效神經(jīng)指標(biāo)。

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(chǔ)神經(jīng)機(jī)制,這樣的內(nèi)容-結(jié)構(gòu)分離有利于人類面對(duì)新內(nèi)容輸入的記憶遷移和存儲(chǔ),正所謂以“不變(結(jié)構(gòu))應(yīng)萬變(內(nèi)容)“。

該論文近日發(fā)表在《The Journal of Neuroscience》上。北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)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(xué)院四年級(jí)本科生郭思萌為本文做出重要貢獻(xiàn)。羅歡研究員為本文的通訊作者。該工作由羅歡研究員承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)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