文/上海紐約大學(xué) 編輯/南溪

你是否也曾經(jīng)歷過腦內(nèi)“金曲點播”時刻？可能是一首洗腦“神曲”，或者一段手機鈴聲，明明耳朵什么也沒聽到，但腦子里憑空就播放起了聲音——這種現(xiàn)象在神經(jīng)科學(xué)界稱為“聽覺幻象”，是大腦生成的一種想象。

近期，上紐大神經(jīng)與認知科學(xué)副教授田興團隊于《大腦皮層》（Cerebral Cortex）發(fā)表新研究成果，找到了驅(qū)動大腦想象功能的兩大源頭：運動和記憶系統(tǒng)。

當腦海中想象出有聲音在播放時，其實是大腦聽覺皮層被激活了，制造出“聽到聲音”的感覺。

田興副教授帶領(lǐng)團隊開展了相關(guān)研究，他解釋道：“以往的研究中，神經(jīng)科學(xué)家更傾向于探討大腦的想象功能會如何影響信息處理和行為。而我們的研究想要解答最根本的問題，探析聽覺幻象的源頭和運作機制?！?/p>

長期以來，認知神經(jīng)科學(xué)家一直試圖揭示幻象的機制。田興團隊根據(jù)前人的實證研究提出假設(shè)：運動和記憶系統(tǒng)可能是激發(fā)出幻象的兩個源頭。

團隊精心設(shè)計出一套新穎的“雙通路幻象”范式用于驗證假設(shè)，該范式能夠最大程度區(qū)分源自運動和記憶的幻象。實驗中，參與者按指示要求，想象人類語言的聲音或自然音效。

一個實驗任務(wù)中，參與者需要觀看展示物體運動的靜音視頻，如籃球在地板上彈跳，并同時在腦海中想象與畫面相匹配的聲音，如籃球與地面碰撞發(fā)出的“砰砰”聲。另一實驗任務(wù)則要求參與者看著視頻上的文字，想象自己說出相應(yīng)內(nèi)容，但實際并不發(fā)出聲音。

研究團隊運用功能性磁共振成像（fMRI）捕捉參與者在實驗任務(wù)中的大腦活動。

研究結(jié)果顯示，兩種類型的幻象都能在沒有任何聲響的情況下激活聽覺皮層，想像籃球彈跳聲音的激活基于記憶系統(tǒng)，想象說話的激活則是基于運動系統(tǒng)。在這兩種情況中，參與者均在沒有實際聲音的情況下，在腦海中“聽到”了想象中的聲音和語言。

▲ 實驗中，參與者觀看靜音視頻并想象聲音

經(jīng)過海量數(shù)據(jù)分析，研究團隊得以描畫出幻象過程中腦內(nèi)信號的傳輸通路?！拔覀兝枚囿w素模式分析（MVPA）、動態(tài)因果模型（DCM）等方法分析收集到的fMRI數(shù)據(jù)，”文章的第一作者、上紐大2022屆學(xué)生褚乾說，“MVPA方法能夠根據(jù)不同的大腦活動來揭示想象內(nèi)容。DCM是一種統(tǒng)計方法，讓我們能夠根據(jù)大腦活動的測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大腦不同區(qū)域間的相互作用和因果關(guān)系。”

根據(jù)分析結(jié)果，團隊推斷出在基于運動系統(tǒng)生成幻象的過程中，有一個中間階段，又稱體感預(yù)測，參與并發(fā)揮作用。本次研究的結(jié)果不僅驗證了團隊的假設(shè)，并且首次給出了幻象這一人類核心認知功能的神經(jīng)證據(jù)。

本項研究是言語、語言和神經(jīng)科學(xué)實驗室（SLANG）幾代成員共同努力下的結(jié)晶。SLANG聯(lián)合研究團隊隸屬于華東師范大學(xué)-紐約大學(xué)腦與認知科學(xué)聯(lián)合研究中心（上海紐約大學(xué)），田興副教授為主要負責(zé)人之一。

褚乾在大二那年加入了田興副教授的研究團隊，現(xiàn)于馬克斯·普朗克-多倫多大學(xué)神經(jīng)科學(xué)與技術(shù)聯(lián)合研究中心（MPUTC）攻讀博士學(xué)位。

▲ 兩種幻象下，通過fMRI捕獲到的大腦區(qū)域激活情況

該文章的作者還包括華東師范大學(xué)-上海紐約大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)研究生專項（N.E.T.）2020屆碩士研究生馬歐和SLANG實驗室前實習(xí)研究員杭雨琪。

重新定義認知神經(jīng)科學(xué)的框架是SLANG團隊的核心研究方向之一。本次研究揭示出了運動和記憶系統(tǒng)產(chǎn)生幻象的能力，即兩大系統(tǒng)能夠?qū)θ祟惛唠A認知功能發(fā)揮作用。這一發(fā)現(xiàn)與SLANG團隊一直以來將運動納入認知過程的研究方向一致，不斷推動學(xué)界重新審視運動在認知功能中所發(fā)揮的作用。

當談及本次研究的應(yīng)用前景，田興副教授表示其成果或?qū)⒛軌蛑δX機接口（BCI）技術(shù)的發(fā)展。他說：“目前BCI已有相當多的應(yīng)用，例如假肢控制，即幫助截肢或癱瘓的患者利用大腦信號控制假肢。在這些應(yīng)用中，大腦產(chǎn)生的信號反映了特定的意圖或命令，由計算機解碼后實現(xiàn)相應(yīng)的運動?！?/p>

他解釋道，本項研究闡釋了產(chǎn)生這些信號的源頭和通路，“一旦理解了整個機制，便有可能開發(fā)出基于整個動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，更為精準和高效的BCI應(yīng)用?！?/p>

褚乾補充道，研究團隊希望這些發(fā)現(xiàn)能夠為治療幻聽提供新思路?；寐牷颊咚奥牭健钡膬?nèi)容并非真實存在，目前的神經(jīng)證據(jù)表明，此類激活聽覺皮層的方式可能源于運動和記憶系統(tǒng)受損。

他說：“迄今為止，該領(lǐng)域的大多數(shù)研究傾向于單一分析運動系統(tǒng)或記憶系統(tǒng)，但我們的研究表明，將這兩個通路結(jié)合在一起，或可為治療方法提供一個新的方向?！?/p>