杜憶：腦活動(dòng)的捕捉者

本刊記者 汲曉奇

杜憶在辦公室

“我是誰(shuí)？我從哪里來(lái)？要到什么地方去？”人類總會(huì)對(duì)自身產(chǎn)生無(wú)窮無(wú)盡的好奇心。小的時(shí)候孩子會(huì)問(wèn)媽媽：“我是怎么出生的？”稍大一點(diǎn)又會(huì)對(duì)身體構(gòu)造產(chǎn)生興趣。好奇心，是人類與生俱來(lái)的存在。居里夫人曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“好奇心是學(xué)習(xí)者的第一美德?！?/p>

對(duì)于中國(guó)科學(xué)院心理研究所研究員杜憶來(lái)說(shuō)，人腦如何加工聲音信息以及如何感知和理解言語(yǔ)是她倍感興趣的所在，也是她近年來(lái)研究的方向和重點(diǎn)。

跨越專業(yè)，追蹤興趣

一直以來(lái)，杜憶對(duì)人體的構(gòu)造都有著無(wú)窮的好奇心，因此她考取了北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部。拿到學(xué)士學(xué)位后，杜憶的興趣更多地轉(zhuǎn)移到了心理學(xué)?！叭说拇竽X是最復(fù)雜的人體器官，對(duì)腦的研究要比對(duì)人體生理學(xué)的研究更有挑戰(zhàn)性。這種強(qiáng)烈的好奇心促使我選擇在北京大學(xué)心理系（現(xiàn)在為心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院）攻讀直博?！?/p>

專業(yè)的跨越對(duì)杜憶還是造成了一定的影響，所幸醫(yī)學(xué)方面的很多技能與心理學(xué)是相通的，這才使得杜憶的專業(yè)跨越平穩(wěn)渡過(guò)?！安┦科陂g，我的導(dǎo)師是李量教授，他的專業(yè)是生理心理學(xué)，需要做大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，這與我的醫(yī)學(xué)背景也相契合?！倍艖浾f(shuō)。

博士研究生期間，她使用大鼠模型揭示了對(duì)聽感覺運(yùn)動(dòng)門控的注意調(diào)節(jié)的神經(jīng)機(jī)制?！案杏X運(yùn)動(dòng)門控，就是指面對(duì)海量信息的時(shí)候，大腦通過(guò)系統(tǒng)性的門控作用（即前注意階段的信息過(guò)濾）和選擇性注意來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的篩選和識(shí)別，以及對(duì)干擾信號(hào)的抑制?！倍艖浾f(shuō)，感覺門控的缺損導(dǎo)致無(wú)關(guān)刺激超載，最終可導(dǎo)致與認(rèn)知、注意有關(guān)的各種精神障礙，如精神分裂癥、抑郁癥等?！霸诰穹至寻Y病人的身上都存在這種門控機(jī)制認(rèn)知調(diào)節(jié)缺失，并且這種缺失的程度是跟精神分裂癥的嚴(yán)重程度密切相關(guān)的?！?/p>

杜憶以對(duì)聽感覺運(yùn)動(dòng)門控的注意調(diào)節(jié)作為核心科學(xué)問(wèn)題，在動(dòng)物行為模型、神經(jīng)環(huán)路功能連接、神經(jīng)核團(tuán)電生理這三個(gè)層次上開展了系統(tǒng)性的研究，并通過(guò)早期社會(huì)隔離飼養(yǎng)建立精神分裂癥大鼠模型，首次建立了感覺運(yùn)動(dòng)門控的空間注意調(diào)節(jié)缺失與該嚴(yán)重精神疾病的關(guān)聯(lián)。其研究成果對(duì)理解聽覺認(rèn)知、注意過(guò)程與運(yùn)動(dòng)控制之間的機(jī)能整合，認(rèn)識(shí)腦在復(fù)雜場(chǎng)景中的跨通道信息加工機(jī)制，并建立精神分裂癥的動(dòng)物認(rèn)知模型具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

基于此項(xiàng)研究，杜憶發(fā)表了近十篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文，其博士論文《對(duì)聽感覺運(yùn)動(dòng)門控自上而下調(diào)節(jié)的動(dòng)物模型和神經(jīng)機(jī)制》獲得了“2013年全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文”。

動(dòng)物與人，殊途同歸

拿到博士學(xué)位之后，杜憶已經(jīng)積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，于是開始將研究對(duì)象從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為人類被試。

“對(duì)人最重要的聲音是言語(yǔ)，我最感興趣的是言語(yǔ)感知和理解過(guò)程中的大腦運(yùn)作機(jī)制?！倍艖浾f(shuō)，“在日常生活中，我們需要識(shí)別的目標(biāo)語(yǔ)音常常與干擾聲一起出現(xiàn)，但聽力正常的人卻仍然能在相當(dāng)?shù)某潭壬下牰P(guān)注的語(yǔ)音。‘聽者如何從多個(gè)聲源中聽懂目標(biāo)言語(yǔ)的呢？’這就是困擾心理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)領(lǐng)域研究人員的‘雞尾酒會(huì)問(wèn)題’。”在多倫多大學(xué)Rotman研究所Claude Alain教授實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究期間，杜憶圍繞著人腦如何在“雞尾酒會(huì)”場(chǎng)景下感知和理解言語(yǔ)做了大量開創(chuàng)性的工作。

首先，杜憶采用一種同時(shí)具有高時(shí)間分辨率和高空間分辨率的腦功能成像技術(shù)——腦磁圖，首次揭示了在多說(shuō)話人情景下分離和識(shí)別言語(yǔ)時(shí)，注意作用對(duì)兩種重要的語(yǔ)音知覺線索，語(yǔ)音的空間差異以及嗓音差異，在行為和腦活動(dòng)（聽覺皮層腦磁誘發(fā)反應(yīng)）上的整合模式。隨后，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，語(yǔ)音的空間和嗓音頻率特征具有相對(duì)獨(dú)立的大腦皮層加工通路，這兩條神經(jīng)通路可靈活、快速地受到知覺學(xué)習(xí)和選擇性注意的特異性調(diào)節(jié)。

杜憶這兩項(xiàng)工作成果先后發(fā)表于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的一流期刊Cerebral Cortex，共同揭示了在“雞尾酒會(huì)”場(chǎng)景中不同聽覺注意成分的加工獨(dú)立性和整合機(jī)制，而認(rèn)識(shí)聽者對(duì)不同線索的特征整合和注意調(diào)節(jié)機(jī)制是認(rèn)識(shí)“雞尾酒會(huì)問(wèn)題”的關(guān)鍵。

除此之外，杜憶認(rèn)為：“我們?cè)卩须s環(huán)境中聽別人說(shuō)話的時(shí)候，其實(shí)不僅是依賴我們的聽覺通道，還會(huì)從其他的感官通道獲取一些信息，如聽者對(duì)說(shuō)話人口唇運(yùn)動(dòng)的發(fā)音預(yù)期對(duì)言語(yǔ)感知和識(shí)別具有重要的輔助作用?！彼褂霉δ苄源殴舱癯上窦夹g(shù)，在年輕人身上揭示了位于大腦額葉的發(fā)音相關(guān)腦區(qū)對(duì)噪音干擾下言語(yǔ)分辨的貢獻(xiàn)機(jī)制。該工作首次在語(yǔ)音神經(jīng)表征層面上證實(shí)了在噪音干擾下，發(fā)音相關(guān)腦區(qū)比聽覺皮層能更特異性地編碼語(yǔ)音。這項(xiàng)研究發(fā)表于一流的綜合性學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》。

進(jìn)一步地，杜憶把研究領(lǐng)域擴(kuò)展到老年化對(duì)言語(yǔ)加工的影響。即當(dāng)聽覺外周和聽覺中樞系統(tǒng)出現(xiàn)功能衰退時(shí)，老年人的大腦是如何進(jìn)行言語(yǔ)加工的？杜憶運(yùn)用功能性磁共振成像技術(shù)在國(guó)際上首次證實(shí)了發(fā)音相關(guān)腦區(qū)對(duì)老年人在噪音環(huán)境下的語(yǔ)音分辨和識(shí)別具有重要的代償作用。

該工作發(fā)現(xiàn)，在噪音干擾下進(jìn)行語(yǔ)音分辨時(shí)，老年人的發(fā)音相關(guān)腦區(qū)比年輕人的發(fā)音相關(guān)腦區(qū)激活程度更高。而且，老年人發(fā)音相關(guān)腦區(qū)的激活程度可以預(yù)測(cè)其語(yǔ)音分辨的正確率。同時(shí)，老年人發(fā)音相關(guān)腦區(qū)在噪音干擾下對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的神經(jīng)編碼特異性明顯強(qiáng)于聽覺皮層。這項(xiàng)研究揭示，老年人在噪音環(huán)境下理解他人的言語(yǔ)時(shí)會(huì)更多地依賴與發(fā)音相關(guān)的腦區(qū)并采用一種預(yù)測(cè)性加工策略，即充分利用較少受到老年化和噪音影響的對(duì)言語(yǔ)的發(fā)音知識(shí)和預(yù)期以代償受損的聽覺加工。

該研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值，為幫助聽力受損的老年人設(shè)計(jì)和開展言語(yǔ)康復(fù)訓(xùn)練方案提供了新的視角和啟發(fā)。該研究近期發(fā)表于一流的綜合性學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。

杜憶對(duì)于言語(yǔ)理解的好奇心并未被滿足?！拔覀冎?，長(zhǎng)期接受音樂訓(xùn)練的人在噪音干擾下具有更強(qiáng)的言語(yǔ)識(shí)別能力，但音樂訓(xùn)練促進(jìn)嘈雜環(huán)境下言語(yǔ)識(shí)別的神經(jīng)機(jī)制目前還非常不清楚?！币虼耍艖浨巴鵐cGill大學(xué)研究音樂和言語(yǔ)的世界知名學(xué)者Robert Zatorre教授實(shí)驗(yàn)室，開展了關(guān)于音樂訓(xùn)練對(duì)言語(yǔ)理解的促進(jìn)作用的博士后研究。

“音樂訓(xùn)練（彈奏樂器或唱歌）像說(shuō)話一樣需要運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)的協(xié)同配合以達(dá)到實(shí)時(shí)反饋調(diào)整，聽覺和運(yùn)動(dòng)信息的整合對(duì)加工音樂和語(yǔ)音都至關(guān)重要?！辫b于音樂和語(yǔ)音在聲學(xué)結(jié)構(gòu)上的諸多相似之處以及可能存在共享的腦環(huán)路基礎(chǔ)，杜憶創(chuàng)造性地推測(cè)，或許音樂家在嘈雜環(huán)境中分辨語(yǔ)音時(shí)，不僅對(duì)語(yǔ)音的聽覺加工增強(qiáng)，還能生成更精確的發(fā)音預(yù)期以及更有效地整合發(fā)音預(yù)期和聽覺輸入來(lái)促進(jìn)言語(yǔ)識(shí)別。隨后，杜憶使用功能性磁共振成像技術(shù)證實(shí)了這一點(diǎn)。音樂訓(xùn)練使音樂家的發(fā)音腦區(qū)的激活程度比普通人高，在噪音干擾下對(duì)語(yǔ)音具有更特異性的編碼能力。

這項(xiàng)研究成果從一個(gè)全新的角度探討了音樂訓(xùn)練對(duì)言語(yǔ)加工的作用機(jī)制，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)都尚無(wú)相似的報(bào)道?！斑@項(xiàng)工作提供了以音樂訓(xùn)練作為老年人和多種人群（如聽力受損的兒童和成人等）言語(yǔ)康復(fù)治療方案的神經(jīng)生物學(xué)依據(jù)。這是最新的工作，研究成果還沒有發(fā)表?！倍艖浹a(bǔ)充道。

全職回國(guó)，整裝待發(fā)

對(duì)于杜憶來(lái)說(shuō)，2016年初入選中組部“千人計(jì)劃”青年人才，全職回國(guó)進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院心理研究所擔(dān)任研究員是順其自然的事情?！氨M管已在國(guó)外開展了多年的研究，但我的初衷就是出國(guó)深造學(xué)習(xí)，回國(guó)是一定的，也算不忘初心，得償所愿！”杜憶說(shuō)，“回國(guó)以后，在組建實(shí)驗(yàn)室、指導(dǎo)學(xué)生等事務(wù)上都需要花費(fèi)精力，我現(xiàn)在的難點(diǎn)在于如何更高效地管理時(shí)間。作為一名女性科研工作者，更大的挑戰(zhàn)來(lái)自如何平衡工作和家庭生活?！?/p>

或許是自身專業(yè)的原因，杜憶對(duì)于研究人員的專業(yè)限制并不嚴(yán)格。用她的話說(shuō)，這是一門交叉學(xué)科，心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、信息科學(xué)等都可以發(fā)揮自己的作用。她在招收學(xué)生上面也是如此要求：只要是上述相關(guān)專業(yè)背景的學(xué)生都可以被考慮。杜憶笑言自己屬于“空降”的PI，沒有帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)。所幸因?yàn)榕c學(xué)生們年齡接近，彼此之間更容易交流，她希望可以慢慢摸索出一種合適的組織模式，創(chuàng)造出更多的靈感。

“未來(lái)肯定還要拓展研究方向，比如說(shuō)現(xiàn)在我們涉及到老齡化了，那么以后希望可以從發(fā)展的角度研究?jī)和犛X和言語(yǔ)加工能力的習(xí)得和發(fā)展過(guò)程。另外就是要研究大腦各種精神疾病和功能障礙，如失語(yǔ)癥、閱讀障礙等對(duì)聽覺和言語(yǔ)能力的影響機(jī)制，以及學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，特別是音樂訓(xùn)練，是如何增強(qiáng)我們的聽覺加工能力的。”談到未來(lái)的規(guī)劃，杜憶侃侃而談。