薛贵课题组与合作者在《PNAS》发表文章揭示视觉短时记忆的多表征及动态性特征
2020年12月7日北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室薛贵教授课题组在PNAS 在线发表了题为Stable maintenance of multiple representational formats in human visual short-term memory的研究论文。研究发现视觉短时记忆中保持了高级视觉和语义两种表征形式。这些表征通过和海马低频相位耦合以维持稳定的工作记忆。
视觉短时记忆是个体对外部世界建立连续稳定感知，并进行高级认知的基础。早期猴子电生理研究认为短时记忆的信息存储是通过前额叶的持续放电来实现，但这一机制假说存在很多局限。另外，以前工作记忆通常采用简单视觉刺激，但是对于自然物体的工作记忆的表征内容及其动态变化属性仍不清楚。本研究采用了经典的延迟匹配任务，利用癫痫病人颅内脑电记录技术，并结合深度神经网络模型和语义模型等分析方法，深入探究了视觉短时记忆表征形式，以及这些表征在时间上的动态变化。
图1 实验范式，电极位置和表征相似性分析示意图
研究发现，视觉短时记忆保持的内容存在两种不同的表征形式，且这两种表征源于不同编码阶段。其中，第一种表征形式，源于较早期的编码阶段（刺激呈现后250-770ms），主要反映高级视觉表征；第二种表征形式源于较晚期的编码阶段（刺激呈现后的1000-1980ms），主要反映抽象的语义信息。在短时记忆保持阶段，这两种表征形式整体上表现稳定，没有发生强度的衰退和内容的转换。然而，在更精细的时间尺度上，这两种表征的强度存在非周期性的波动，而且表征强度的变化和海马低频相位之间存在耦合。这一结果挑战了传统短时记忆的理论模型，对人脑复杂工作记忆的机制具有重要启发。同时，该研究也表明利用癫痫病人颅内脑电记录为研究手段，在揭示人脑学习和记忆等高级认知功能中存在独特重要的价值。
图2 研究结果总结示意图
该项目是薛贵教授团队与引智专家德国波鸿鲁尔大学Nikolai Axmacher教授团队，以及首都医科大学宣武医院遇涛教授，倪端宇教授和任连坤教授的紧密合作下完成。论文第一作者刘婧是国家重点实验室在读博士生，德国波鸿鲁尔大学Hui Zhang博士为共同第一作者，薛贵教授为本文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目（31730038），中国-以色列国际合作研究基金（31861143040）等项目的资助。
文章链接： Liu, J., Zhang, H., Yu, T., Ni, D., Ren, L., Yang, Q., Lu, B., Wang, D., Heinen, R., Axmacher, N., & Xue, G. (2020). Stable maintenance of multiple representational formats in human visual short-term memory. Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.2006752117
