beat365官方网站、麥戈文腦科學研究所羅歡課題組開發了一種從人腦中讀取聽覺序列工作記憶的新手段，并揭示了序列結構信息在記憶中的“穩定-動态“表征特性。該論文近日以題為“Reactivating ordinal position information from auditory sequence memory in human brains“在線發表在《Cerebral Cortex》上。
“貓追狗“，”狗追貓“，同樣的文字内容，處在序列中的不同位置，則産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（例如一串數字，或者一段旋律）暫存在工作記憶中時，不但要存儲其内容（音調），也要保持其序列位置。
課題組以往的工作開發出一種新手段，能夠從人腦中成功激發聽覺序列記憶中的内容信息，并預測之後的記憶成績。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絡，進而激發出儲存在其中的音調信息 (Fan et al., Journal of Neuroscience, 2021)。然而，這種白噪聲擾動手段無法激發序列位置信息，這一方面提示了内容和結構在人腦記憶網絡的分離存儲，另一方面也表明亟待開發新手段來讀取記憶中的結構信息。
實驗中，人類受試需要記住三個次序播放的聲音音調及其序列位置，腦活動被具有高時間分辨率的腦電圖（EEG）同時記錄。首先，我們發現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“靜默态“。最為重要的是，我們發現呈現一個視覺中性刺激（包含數字”0“的白色圓盤）可以有效激發出存儲在靜默态記憶中的序列位置信息（圖1），并且該激發的神經表征和之後的記憶成績有關聯。
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
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表征形式是否相同。發現序列位置信息呈現出一種“穩定-動态“的表征特性。具體來說，序列位置信息本身呈現随時間變化的動态特性，但在記憶保持階段被激發時，會在高維表征空間中完全重複編碼階段的動态軌迹（圖2）。綜合以往的研究發現，該結果表明結構和内容具有非常不同的神經表征形式，前者更為穩定，而後者則更為變化。
圖2. 序列位置信息在工作記憶中的“穩定-動态”編碼特性
beat365官方网站博士後範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創新2030重大項目、國家自然科學基金重點項目、beat365博雅博士後項目資助。
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