本文來(lái)源于“北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院”

2021年4月2日，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院及麥戈文腦科學(xué)研究所李晟課題組在The Journal of Neuroscience在線刊發(fā)了題為“Perceptual learning beyond perception: mnemonic representation in early visual cortex and intraparietal sulcus”的研究論文。

結(jié)合行為實(shí)驗(yàn)、功能磁共振成像(fMRI)和經(jīng)顱磁刺激(TMS)技術(shù)，研究者發(fā)現(xiàn)知覺(jué)訓(xùn)練可以改變工作記憶信息在初級(jí)視皮層和頂內(nèi)溝的表征模式。該研究為人類(lèi)大腦可塑性機(jī)制的探索提供了新的研究視角。

人類(lèi)視知覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展存在關(guān)鍵期。近年來(lái)的研究表明，人類(lèi)的感知能力在關(guān)鍵期之后依然可以隨著訓(xùn)練而提高，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為知覺(jué)學(xué)習(xí)。例如，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的腫瘤科醫(yī)生可以識(shí)別片子里的細(xì)微異常，鋼琴家可以分辨出音色的細(xì)微差異。

知覺(jué)學(xué)習(xí)為探索大腦可塑性的規(guī)律提供了重要窗口。以往知覺(jué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究表明，感知能力的提高伴隨著感覺(jué)系統(tǒng)和決策系統(tǒng)的神經(jīng)活動(dòng)變化[1]。然而，作為知覺(jué)任務(wù)中的重要認(rèn)知成分—工作記憶信息的表征如何受到知覺(jué)學(xué)習(xí)的調(diào)控卻缺乏研究。

在本研究的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，李晟課題組分別結(jié)合了知覺(jué)訓(xùn)練與功能磁共振成像(fMRI)和經(jīng)顱磁刺激(TMS)技術(shù)，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了探討。

在訓(xùn)練階段中，被試需要經(jīng)過(guò)為期6天的朝向辨別任務(wù)訓(xùn)練（圖1），即判斷第二個(gè)測(cè)試刺激相對(duì)于第一個(gè)記憶刺激的朝向偏轉(zhuǎn)方向。在前后測(cè)階段，研究者結(jié)合fMRI和TMS技術(shù)考察工作記憶相關(guān)腦區(qū)(初級(jí)視皮層和頂內(nèi)溝)在兩個(gè)刺激間延遲階段的神經(jīng)活動(dòng)模式。

圖1 知覺(jué)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)流程和范式

在訓(xùn)練前后，實(shí)驗(yàn)一結(jié)合fMRI和多體素模式分析（MVPA），解碼被試在兩個(gè)刺激間延遲階段對(duì)朝向信息的記憶表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，初級(jí)視皮層的神經(jīng)活動(dòng)僅在訓(xùn)練前可以解碼記憶朝向，而頂內(nèi)溝的神經(jīng)活動(dòng)僅在訓(xùn)練后可以解碼記憶朝向。

實(shí)驗(yàn)二使用fMRI引導(dǎo)下的在線重復(fù)TMS技術(shù)，分別干擾初級(jí)視皮層和頂內(nèi)溝在延遲階段的神經(jīng)活動(dòng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干擾初級(jí)視皮層的神經(jīng)活動(dòng)在訓(xùn)練前后都有損被試的行為表現(xiàn)；而干擾頂內(nèi)溝的神經(jīng)活動(dòng)僅在訓(xùn)練后降低被試的行為表現(xiàn)。

圖2 fMRI和TMS實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜合fMRI和TMS實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，本研究表明初級(jí)視皮層在訓(xùn)練前后都參與了工作記憶信息的表征，但知覺(jué)學(xué)習(xí)可能改變了工作記憶信息在初級(jí)視皮層的表征模式；相對(duì)的，頂內(nèi)溝僅在知覺(jué)訓(xùn)練后參與工作記憶信息的表征。這些結(jié)果支持并拓展了工作記憶的表征征用理論[2]，同時(shí)提示知覺(jué)學(xué)習(xí)對(duì)大腦多層級(jí)信息表征的影響。

李晟課題組已畢業(yè)博士生賈珂，李雅和龔夢(mèng)園為該論文的共同第一作者，合作者包括陜西師范大學(xué)心理學(xué)院的王勇慧教授，課題組在讀博士生黃暉對(duì)本研究也做出了重要貢獻(xiàn)。本研究得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃與國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] Maniglia M, Seitz AR (2018) Towards a whole brain model of Perceptual Learning. Curr Opin Behav Sci 20:47–55.

[2] Gayet, S., Paffen, C. L., & Van der Stigchel, S. (2018). Visual working memory storage recruits sensory processing areas. Trends in Cognitive Sciences, 22(3), 189-190.

原文鏈接：

https://www./content/early/2021/04/01/JNEUROSCI.2780-20.2021