罗欢课题组在《eLife》上发表论文,发现序列记忆中的倒序回放活动及其和近因效应的关系

  

  2018年10月18日,北京大学心理与认知科学学院、麦戈文脑科学研究所罗欢课题组在eLife杂志发表论文 “Fast-backward replay of sequentially memorized items in humans”。该研究采用脑电图和行为范式研究了人类序列记忆的神经机制,发现人类大脑活动在记忆保持阶段会呈现一种时间上倒序和压缩的重演模式 (backward and fast memory replay);该重演模式和记忆行为中的近因效应 (recency effect)有紧密联系。该工作首次在人类脑活动中观察到记忆的序列回放,揭示了其心理学意义,为理解序列记忆的神经机制和计算模型提供了新思路。

  

  回忆电话号码,我们需要从记忆中提取一串特定顺序的数字;追忆一段旧事,我们也是从记忆中提取一段随着时间展开的人物地点动作和对话的序列。序列记忆 (sequence memory)在很多认知功能中都至关重要,然而这些次序信息是如何在大脑中被表征和被记忆巩固呢?以往在小鼠上的研究发现了海马区域的记忆序列重演神经活动(例如,Foster& Wilson, 2006),也有学者提出了相应的神经计算模型(Jensen&Lisman, 2005),然而人脑上的直接神经证据一直很少,并且这种序列重演的心理学含义也尚不清楚。

  

  罗欢课题组通过脑电记录结合时间响应函数方法 (Jia et al., 2017; Liu et al., 2017)(图1)观察到了序列中的items在记忆保持阶段的顺序回放(sequential replay)。这种重演模式呈现出两种有趣的时间特性。首先,它是倒序回放,即对于序列1-2会呈现出2-1,1-2-3会呈现出3-2-1;其次,它在时间上是强力压缩的,比如一个长度为2秒的序列在200-400ms内重演(图2)。课题组进而探究这种反向回放神经活动的行为意义,发现其和序列记忆中的“近因效应”(后面出现的记忆成绩好于前面出现的成绩)非常相关。记忆保持阶段的反向重演模式越明显,记忆成绩中的近因效应越强。该研究首次在人类身上观察到记忆中的序列回放,并发现了其和近因效应行为的关联,为序列记忆的神经机制和模型提供了新思路。

  

图1:实验方法

  

图2:结果示意图

  

  北京大学心理与认知科学学院3年级博士生黄巧莉、生命科学联合中心博士生贾建荣为论文的共同第一作者,生命科学联合中心博士生韩起明也为本文做出重要贡献。罗欢研究员和第一作者黄巧莉同学为本文共同通讯作者。

  该工作由国家自然科学基金优秀青年项目和面上项目资助完成。

 

Huang, Q.*, Jia, J., Han, Q., Luo, H.* (2018) Fast-backward replay of sequentially memorized items in humans. eLife 7: e35164

论文链接:https://elifesciences.org/articles/35164

  

 

参考文献:

Jia, J., Liu, L., Fang, F., and Luo, H. (2017). Sequential sampling of visual objects during sustained attention. PLoS Biol 15, e2001903.
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.
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.
Jensen, O., and Lisman, J.E. (2005). Hippocampal sequence-encoding driven by a cortical multi-item working memory buffer. Trends Neurosci 28, 67-72.