工作記憶是認知的核心能力，是對外界信息的暫時存儲和操控。無論是和朋友的機鋒對話，閱讀的流暢邏輯，還是敲下剛認識朋友的電話号碼，都依賴于把已經消逝的外界信息暫存在腦中并根據目标進行保持或操控。
以往很多研究集中探索内容存儲的神經機制，而日常生活中需要存儲的往往不是孤立的内容，而是由一定結構組織起來的内容集合。比如，一個電話号碼并不是零散的數字，而是按一定序列結構排列的數字。序列結構如何影響人腦工作記憶的存儲形式？比如，“32536”這樣一串數字，大腦是如何存儲其中的兩個 “3”而不混淆呢？
我們采用具有高時間分辨率的腦磁圖 (MEG)成像技術結合神經編解碼來研究該問題，探索當人腦暫時存儲一個視覺序列時，處于不同序列位置的内容是如何在人腦中被表征的。由于記憶保持階段的腦活動處于“靜默态”而無法直接讀取，我們采用了一種“擾動-讀取”的辦法，即對該記憶網絡進行短暫擾動來激活其所存儲的信息，進而采用神經編解碼技術進行解析。該“擾動-讀取”技術類似于在一個黑暗的山洞中通過大聲呼喊（擾動）所産生的回聲（讀取）來探測看不見的洞的信息（靜默态記憶）。
實驗中，被試需要記住依次出現的兩個光栅圖案的朝向及其順序。在光栅刺激消失後的保持階段，通過呈現一個大白色光盤 (PING 刺激)對記憶網絡進行暫時擾動，來探測這兩個朝向信息的存儲表征。結果發現，對網絡的暫時擾動（PING刺激之後）激發出一種“逆向激活”模式，即位于序列後面位置的信息先激活，位于序列前面位置的信息後激活。進一步，該“逆向激活”模式和工作記憶行為中的“近因效應”直接相關。該結果表明，處于不同序列位置的記憶内容被存儲在神經網絡中的不同“隐藏态”中。
實驗二進一步探究這種“逆向激活”是否僅僅由所記憶信息呈現的先後順序所引起。在該實驗中，受試依然需要記住兩個依次呈現的光栅刺激的朝向，但不需要記住它們的先後順序。結果發現PING刺激的擾動激發出的激活模式不再呈現出“逆向激活”。相反，記憶内容有着幾乎重合的激活模式。該結果表明，當内容不需要被組織進序列結構時，記憶内容被存儲在神經網絡中的相似的“隐藏态”中。
最後，通過獨立行為實驗結合計算建模，我們進一步提供證據表明序列結構對近因效應的決定作用。因此，回到前面的問題， “32536”中的兩個“3”是如何被存儲和區分的呢？答案是：這兩個“3”被存儲在不同的“隐藏态”中。
從實驗室的第一篇序列記憶工作所發現的倒序壓縮回放(eLife, 2018)，到近期開發的對序列工作記憶動态操控的全新手段和計算建模 (Progress in Neurobiology, 2021)、聽覺序列工作記憶中形式和内容的分離存儲 (J Neurosci, 2021)，以及本項工作發現的序列結構對記憶内容神經表征的基于“隐藏态”的重組織(eLife, 2021)，實驗室的系列研究逐漸揭示了工作記憶中結構和内容“相伴相依”存儲的神經機理。這些發現表明：序列結構作為一種基本和重要的信息組織形式，改變和重塑了記憶内容在人腦中的存儲形式。
該論文近日發表在《eLife》上，題目為 ”Sequence structure organizes items in varied latent states of working memory neural network”。beat365官方网站黃巧莉博士（2021年七月獲得博士學位）為論文第一作者，博雅博士後張惠惠博士做出重要貢獻。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。
全文鍊接： https://elifesciences.org/articles/67589
參考文獻：
1. Huang, Q., Zhang, H., Luo, H.* (2021) Sequence structure organizes items in varied latent states of working memory neural network. eLife 10: e67589
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.
3. Li, J., Huang, Q., Han, Q., Mi, Y.*, Luo, H.* (2021) Temporally coherent perturbation of neural dynamics during retention alters human multi-item working memory. Progress in Neurobiology 201: 102023.
4. Huang, Q.*, Jia, J., Han, Q., Luo, H.* (2018) Fast-backward replay of sequentially memorized items in humans. eLife 7: e35164
2021-08-03