【学术快报】李晟课题组揭示知觉学习调节工作记忆的认知神经基础

2021年4月2日，北京大学心理与认知科学学院及麦戈文脑科学研究所李晟课题组在The Journal of Neuroscience在线刊发了题为“Perceptual learning beyond perception: mnemonic representation in early visual cortex and intraparietal sulcus”的研究论文。结合行为实验、功能磁共振成像(fMRI)和经颅磁刺激(TMS)技术，研究者发现知觉训练可以改变工作记忆信息在初级视皮层和顶内沟的表征模式。该研究为人类大脑可塑性机制的探索提供了新的研究视角。

人类视知觉系统的发展存在关键期。近年来的研究表明，人类的感知能力在关键期之后依然可以随着训练而提高，这种现象被称为知觉学习。例如，具有丰富经验的肿瘤科医生可以识别片子里的细微异常，钢琴家可以分辨出音色的细微差异。

知觉学习为探索大脑可塑性的规律提供了重要窗口。以往知觉学习领域的研究表明，感知能力的提高伴随着感觉系统和决策系统的神经活动变化[1]。然而，作为知觉任务中的重要认知成分—工作记忆信息的表征如何受到知觉学习的调控却缺乏研究。

在本研究的两个实验中，李晟课题组分别结合了知觉训练与功能磁共振成像(fMRI)和经颅磁刺激(TMS)技术，对以上问题进行了探讨。在训练阶段中，被试需要经过为期6天的朝向辨别任务训练（图1），即判断第二个测试刺激相对于第一个记忆刺激的朝向偏转方向。在前后测阶段，研究者结合fMRI和TMS技术考察工作记忆相关脑区(初级视皮层和顶内沟)在两个刺激间延迟阶段的神经活动模式。

图1 知觉学习的实验流程和范式

在训练前后，实验一结合fMRI和多体素模式分析（MVPA），解码被试在两个刺激间延迟阶段对朝向信息的记忆表征。结果发现，初级视皮层的神经活动仅在训练前可以解码记忆朝向，而顶内沟的神经活动仅在训练后可以解码记忆朝向。实验二使用fMRI引导下的在线重复TMS技术，分别干扰初级视皮层和顶内沟在延迟阶段的神经活动。结果发现，干扰初级视皮层的神经活动在训练前后都有损被试的行为表现；而干扰顶内沟的神经活动仅在训练后降低被试的行为表现。

图2 fMRI和TMS实验结果

综合fMRI和TMS实验的结果，本研究表明初级视皮层在训练前后都参与了工作记忆信息的表征，但知觉学习可能改变了工作记忆信息在初级视皮层的表征模式；相对的，顶内沟仅在知觉训练后参与工作记忆信息的表征。这些结果支持并拓展了工作记忆的表征征用理论[2]，同时提示知觉学习对大脑多层级信息表征的影响。

输

北京大学心理与认知科学学院及麦戈文脑科学研究所李晟课题组已毕业博士生贾珂，李雅和龚梦园为该论文的共同第一作者，合作者包括陕西师范大学心理学院的王勇慧教授，课题组在读博士生黄晖对本研究也做出了重要贡献。本研究得到了科技部国家重点研发计划与国家自然科学基金的支持。

参考文献

[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.

原文链接：

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

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研究组介绍

李晟

北京大学心理与认知科学学院研究员

北京大学麦戈文脑科学研究所PI

实验室研究兴趣：

我们的研究主要关注两个方向：（1）知觉学习与决策的神经机制，考察学习对视觉皮层与高级皮层的可塑性调节，探索学习与决策过程的交互影响；（2）奖赏学习对知觉，注意，记忆，情绪，执行控制等认知过程的调节机制，以及由此产生的行为影响。我们的研究手段包括行为测量，眼动追踪，多种脑成像手段（fMRI，EEG，TMS），以及计算模型。

北京大学IDG麦戈文脑科学研究所

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