工作记忆指对外界信息的短暂存储和操作能力，是脑认知核心功能。记住和拨打一个新号码，和朋友聊天，听一场讲座，都需要工作记忆的参与。心理与认知科学学院、麦戈文脑研究所罗欢研究员课题组在以往发现基础上，成功开发出一种全新“动态扰动”行为范式，通过在记忆保持阶段呈现有特定时间关系的多个动态亮度序列对人类序列工作记忆进行操控。课题组进一步和重庆大学弭元元研究员合作，建立了神经网络动力学模型对该过程进行模拟，揭示了“动态扰动”背后的神经网络短时突触可塑性原理。该研究开发了一种原创的工作记忆操控范式，为记忆的动态神经机制提供了全新因果证据，也为人工智能和类脑研究提供了生物启发的时间维度上的新思路。
理解人脑工作原理，可以有正向和逆向两种方式：对人脑活动进行研究以了解认知脑机制；依据脑机制发现设计逆向输入操控认知行为。罗欢团队以往工作提示了100-300毫秒是工作记忆存储和整合多个物体的窗口（eLife, 2018）。一个随之产生的假设是：是否能够设计符合该记忆窗口工作原理的输入来“偷梁换柱”地改变甚至操控记忆呢？
在一系列工作记忆实验中，研究者通过在记忆保持阶段呈现闪动圆盘来对记忆进行操控，结果证实了这种操作手段的有效性（见图1）。进一步，罗欢课题组和重庆大学弭元元研究员开展合作，建立了神经网络动力学模型来对该“动态扰动”记忆操控过程进行模拟（图2），模型的记忆读取成绩完全重复了前述所有行为操控结果，并揭示“动态扰动”是通过短时突触可塑性实现对网络存储信息的有效操控。

图1

图2
该论文近日以“Temporally coherent perturbation of neural dynamics during retention alters human multi-item working memory”为题发表在Progress in Neurobiology上【Li, J., Huang, Q., Han, Q., Mi, Y.*, Luo, H.* (in press)】。北京大学心理与认知科学学院博士生李嘉琪和黄巧莉为论文共同第一作者，已毕业博士生韩起明为本文作出重要贡献。罗欢研究员和弭元元研究员为本文共同通讯作者。该工作由罗欢研究员承担的国家自然科学基金重点项目资助完成。