人類大腦擁有一項重要的功能特性——大腦皮層的可塑性，這意味着大腦可以通過經驗和學習不斷調整和适應。這種可塑性不僅能通過主動訓練（如知覺學習）産生，還可以通過簡單的、重複的暴露實現。基于重複暴露的皮層可塑性在幫助我們靈活應用知識、适應不同情境方面起着重要作用。以往研究表明，視覺序列的暴露可以引發大腦皮層的預期性激活，并影響我們對感覺信息的加工。然而，關于這種激活是否與特定的特征相關，以及序列中的特征信息在大腦中是如何編碼和組織的，仍然存在未解之謎。

近期，beat365官方网站方方課題組在eLife期刊在線發表了一篇題為《Non-feature-specific elevated responses and feature-specific backward replay in human brain induced by visual sequence exposure》的研究論文。研究團隊采用腦磁圖（MEG）技術，并結合計算神經建模，揭示了視覺序列的重複暴露能夠引發大腦皮層的雙重可塑性反應。

在實驗1中，18名人類被試反複觀看由4個運動方向組成的固定視覺序列。在随後的主任務中，部分試次中僅呈現序列的第一個或最後一個運動方向（作為線索），另一些試次則呈現完整的視覺序列。被試隻需對完整序列進行一緻性判斷（圖1A）。結果表明，線索誘發的視皮層預期性激活與特定的運動方向無關（圖1B和1D）。然而，在呈現線索後的空屏期内，大腦會自發地重新激活先前看到的運動方向信息，且以一種時間壓縮的方式反向回放整個序列（圖1C和1E）。

圖1 （A）實驗1的範式和流程圖。被試首先反複觀看由4個運動方向組成的固定視覺序列（Exposure phase）。在随後的主任務(Main phase)中，部分試次中僅呈現序列的第一個或最後一個運動方向（作為線索），另一些試次則呈現完整的視覺序列。被試隻需對完整序列進行一緻性判斷。（B）僅呈現序列的第一個運動方向作為線索時，空屏期無法解碼出特定的運動方向。（C）僅呈現序列的第一個運動方向作為線索時，左：運動方向形成的序列被以時間壓縮的方式進行神經活動反向回放；右：一個代表性被試的神經活動反向回放示例圖。（D）僅呈現序列的最後一個運動方向作為線索時，同B。（E）僅呈現序列的最後一個運動方向作為線索時，同D。

在實驗2中，研究團隊探讨了這種反向回放是否取決于線索在序列中的位置。實驗2将線索改為序列中的第二或第三個運動方向。結果發現，使用非首尾位置的刺激作為線索時，未出現正向或反向神經活動回放的證據（圖2A）。在實驗3中，研究團隊進一步研究了暴露時長對神經活動回放的影響。結果顯示，即使在減少暴露時長的情況下，仍能能夠觀察到一定程度的反向神經活動回放現象（圖2B）。

圖2 (A) 實驗2結果。使用序列中的第二或第三個運動方向作為線索時，未發現正向或反向神經活動回放的證據。（B）實驗3結果。在減少暴露時長的情況下，仍能能夠觀察到一定程度的反向神經活動回放現象。

綜上所述，本研究首次揭示了視覺序列的重複暴露能夠引發兩種不同的大腦反應：一種是與特征無關的神經激活響應，幫助大腦為即将到來的事件做好準備；另一種則是與特征相關的神經活動回放現象，可能支持與序列相關的學習與記憶功能。這一發現為我們理解大腦如何處理序列信息提供了全新視角，并揭示了大腦在學習和記憶中的重要機制。

本文第一作者為beat365官方网站已出站博士後何濤博士，通訊作者為方方教授。課題組博士生龔曦紫、朱心億、王茜副研究員以及北京師範大學和北京腦科學和類腦研究中心柳昀哲研究員做出重要貢獻。本研究獲得了科技創新2030-重大項目（2022ZD0204802）、國家自然科學基金（31930053）、北京市自然科學基金（5244044）和教育部人文社會科學青年項目（23YJCZH071）等基金資助。

原文鍊接：https://elifesciences.org/reviewed-preprints/101511

2024-11-09