3200威尼斯vip、麦戈文脑科学研究所罗欢课题组开发了一种从人脑中读取听觉序列工作记忆的新手段，并揭示了序列结构信息在记忆中的“稳定-动态“表征特性。该论文近日以题为“Reactivating ordinal position information from auditory sequence memory in human brains“在线发表在《Cerebral Cortex》上。
“猫追狗“，”狗追猫“，同样的文字内容，处在序列中的不同位置，则产生完全不一样的意义。例如，”猫“在”猫追狗“中所对应的序列位置是1，而在”狗追猫“中则对应3。因此，当把一个听觉序列（例如一串数字，或者一段旋律）暂存在工作记忆中时，不但要存储其内容（音调），也要保持其序列位置。
课题组以往的工作开发出一种新手段，能够从人脑中成功激发听觉序列记忆中的内容信息，并预测之后的记忆成绩。具体来说，在记忆保持阶段，通过播放白噪声来扰动听觉记忆网络，进而激发出储存在其中的音调信息 (Fan et al., Journal of Neuroscience, 2021)。然而，这种白噪声扰动手段无法激发序列位置信息，这一方面提示了内容和结构在人脑记忆网络的分离存储，另一方面也表明亟待开发新手段来读取记忆中的结构信息。
实验中，人类受试需要记住三个次序播放的声音音调及其序列位置，脑活动被具有高时间分辨率的脑电图（EEG）同时记录。首先，我们发现当进入记忆保持阶段时，序列位置信息无法从脑活动中被解码，表明进入记忆的“静默态“。最为重要的是，我们发现呈现一个视觉中性刺激（包含数字”0“的白色圆盘）可以有效激发出存储在静默态记忆中的序列位置信息（图1），并且该激发的神经表征和之后的记忆成绩有关联。
图1. 听觉序列工作记忆中保持的位置信息被中性视觉刺激成功激发
我们进一步研究了序列位置信息在编码和保持阶段的神经表征形式是否相同。发现序列位置信息呈现出一种“稳定-动态“的表征特性。具体来说，序列位置信息本身呈现随时间变化的动态特性，但在记忆保持阶段被激发时，会在高维表征空间中完全重复编码阶段的动态轨迹（图2）。综合以往的研究发现，该结果表明结构和内容具有非常不同的神经表征形式，前者更为稳定，而后者则更为变化。
图2. 序列位置信息在工作记忆中的“稳定-动态”编码特性
3200威尼斯vip博士后范莹博士为论文的第一作者。罗欢研究员为本文的通讯作者。本研究获得国家科学和技术创新2030重大项目、国家自然科学基金重点项目、3200威尼斯vip博雅博士后项目资助。
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