2018年10月18日，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所羅歡課題組在eLife雜志發(fā)表論文 “Fast-backward replay of sequentially memorized items in humans”。該研究采用腦電圖和行為范式研究了人類序列記憶的神經(jīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)人類大腦活動(dòng)在記憶保持階段會(huì)呈現(xiàn)一種時(shí)間上倒序和壓縮的重演模式 (backward and fast memory replay)；該重演模式和記憶行為中的近因效應(yīng) (recency effect)有緊密聯(lián)系。該工作首次在人類腦活動(dòng)中觀察到記憶的序列回放，揭示了其心理學(xué)意義，為理解序列記憶的神經(jīng)機(jī)制和計(jì)算模型提供了新思路。

回憶電話號(hào)碼，我們需要從記憶中提取一串特定順序的數(shù)字；追憶一段舊事，我們也是從記憶中提取一段隨著時(shí)間展開的人物地點(diǎn)動(dòng)作和對(duì)話的序列。序列記憶 (sequence memory)在很多認(rèn)知功能中都至關(guān)重要，然而這些次序信息是如何在大腦中被表征和被記憶鞏固呢？以往在小鼠上的研究發(fā)現(xiàn)了海馬區(qū)域的記憶序列重演神經(jīng)活動(dòng)（例如，F(xiàn)oster& Wilson, 2006），也有學(xué)者提出了相應(yīng)的神經(jīng)計(jì)算模型（Jensen&Lisman, 2005），然而人腦上的直接神經(jīng)證據(jù)一直很少，并且這種序列重演的心理學(xué)含義也尚不清楚。

羅歡課題組通過腦電記錄結(jié)合時(shí)間響應(yīng)函數(shù)方法 (Jia et al., 2017; Liu et al., 2017)（圖1）觀察到了序列中的items在記憶保持階段的順序回放(sequential replay)。這種重演模式呈現(xiàn)出兩種有趣的時(shí)間特性。首先，它是倒序回放，即對(duì)于序列1-2會(huì)呈現(xiàn)出2-1，1-2-3會(huì)呈現(xiàn)出3-2-1；其次，它在時(shí)間上是強(qiáng)力壓縮的，比如一個(gè)長(zhǎng)度為2秒的序列在200-400ms內(nèi)重演（圖2）。課題組進(jìn)而探究這種反向回放神經(jīng)活動(dòng)的行為意義，發(fā)現(xiàn)其和序列記憶中的“近因效應(yīng)”（后面出現(xiàn)的記憶成績(jī)好于前面出現(xiàn)的成績(jī)）非常相關(guān)。記憶保持階段的反向重演模式越明顯，記憶成績(jī)中的近因效應(yīng)越強(qiáng)。該研究首次在人類身上觀察到記憶中的序列回放，并發(fā)現(xiàn)了其和近因效應(yīng)行為的關(guān)聯(lián)，為序列記憶的神經(jīng)機(jī)制和模型提供了新思路。


圖1：實(shí)驗(yàn)方法


圖2：結(jié)果示意圖

北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院3年級(jí)博士生黃巧莉、生命科學(xué)聯(lián)合中心博士生賈建榮為論文的共同第一作者，生命科學(xué)聯(lián)合中心博士生韓起明也為本文做出重要貢獻(xiàn)。羅歡研究員和第一作者黃巧莉同學(xué)為本文共同通訊作者。

該工作由國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目和面上項(xiàng)目資助完成。

Huang, Q.*, Jia, J., Han, Q., Luo, H.* (2018) Fast-backward replay of sequentially memorized items in humans. eLife 7: e35164 論文鏈接：https://elifesciences.org/articles/35164

參考文獻(xiàn)

1.Jia, J., Liu, L., Fang, F., and Luo, H. (2017). Sequential sampling of visual objects during sustained attention. PLoS Biol 15, e2001903.

2.Liu, L.*, Wang, F., Zhou, K., Ding, N., Luo, H. (2017) Perceptual integration rapidly activates dorsal visual pathway to guide local processing in early visual areas. PLoS Biol 15(11): e2003646.

3.Foster, D.J., and Wilson, M.A. (2006). Reverse replay of behavioural sequences in hippocampal place cells during the awake state. Nature 440, 680-683.

4.Jensen, O., and Lisman, J.E. (2005). Hippocampal sequence-encoding driven by a cortical multi-item working memory buffer. Trends Neurosci 28, 67-72.

2018-10-22