操控人脑记忆！北京大学合作团队开发“动态扰动”工作记忆操控范式

在许多记忆过程中，例如语言、运动控制、情节记忆和决策，在工作记忆（Working Memory）中暂时保留一系列用于子序列计划或动作的项目是一项必不可少的功能。心理证据和计算模型表明，该过程依赖于注意力的刷新或保留期间的神经再激活。有趣的是，最近的研究和计算模型提倡一个隐藏状态的WM网络视图，即在维持期间不要求持续放电。取而代之的是可以通过短期可塑性（short-term plasticity, STP）原理将项目暂时保留在突触权重中。实际上，这两个看似矛盾的提议可以很好组合成一个统一的框架，相互促进并共同维护WM存储。

近日，来自北京大学心理与认知科学学院、北京清华大学生命科学中心、重庆大学医学院神经智能中心以及鹏程实验室AI研究中心共同开发了一种新的“动态扰动”方法，可以修改WM项目的相对记忆强度。

先前的研究表明，与任务无关的颜色特征属于同一对象时，他们会自动绑定到WM中要记忆的特征（例如方向）。因此，研究团队通过操纵分别绑定到每个WM项目的连续闪烁的彩色探针之间的正在进行的时间关系，便可以将时间相关的扰动应用于WM网络中这些项目特定的神经组件。因此，这种时间上的扰动将通过调制项目之间正在进行的竞争以某种方式影响动态WM网络，最终导致其基于STP的相对存储强度的变化。

（“动态扰动”方法：在记忆留存期间，通过亮度序列在WM项之间形成时间关联；图片摘自论文）

研究人员进一步在150多名对象身上进行了六个实验，表明“动态扰动”方法可以在逐个试验的基础上成功地改变多项目WM的召回性能。首先，在保留期间将同步的连续亮度输入应用于颜色探针（“同步”操作）时，新近效应会显着中断。相反，当亮度输入在时间上不相关（“基线”条件）时，新近效应保持不变。第二，当颜色探针的亮度序列以与刺激序列相同或相反的顺序在时间上相互移位（“顺序颠倒”操作），它们会导致独特甚至颠倒的新近效应。

最后，研究团队建立了具有STP效应的理论连续吸引神经网络（continuous attractor neural network, CANN）以模仿“动态扰动”实验。仿真结果成功地复制了所有的实验结果，进一步证实了WM操作方法的神经机制。该模型表明，“动态扰动”通过STP原理修改了WM项目的突触效率，最终导致了其相对记忆力的变化。综上所述，研究结果为基于STP的神经动力学在多项目WM中的重要作用提供了新的因果证据，并提供了一种有效的，非侵入性的方法来操纵人类的WM。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2021.102023