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(diǎn)播”時(shí)刻？可能是一首洗腦“神曲”，或者一段手機(jī)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(rèn)知科學(xué)副教授田興團(tuán)隊(duì)于《大腦皮層》（Cerebral Cortex）發(fā)表新研究成果，找到了驅(qū)動(dòng)大腦想象功能的兩大源頭：運(yùn)動(dòng)和記憶系統(tǒng)。

當(dāng)腦海中想象出有聲音在播放時(shí)，其實(shí)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(tuán)隊(duì)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(huì)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(yùn)作機(jī)制?！?/p>

長(zhǎng)期以來，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家一直試圖揭示幻象的機(jī)制。田興團(tuán)隊(duì)根據(jù)前人的實(shí)證研究提出假設(shè)：運(yùn)動(dòng)和記憶系統(tǒng)可能是激發(fā)出幻象的兩個(gè)源頭。

團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)出一套新穎的“雙通路幻象”范式用于驗(yàn)證假設(shè)，該范式能夠最大程度區(qū)分源自運(yùn)動(dòng)和記憶的幻象。實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)中，參與者需要觀看展示物體運(yùn)動(dòng)的靜音視頻，如籃球在地板上彈跳，并同時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)際并不發(fā)出聲音。

研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用功能性磁共振成像（fMRI）捕捉參與者在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中的大腦活動(dòng)。

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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。在這兩種情況中，參與者均在沒有實(shí)際聲音的情況下，在腦海中“聽到”了想象中的聲音和語言。

▲ 實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)得以描畫出幻象過程中腦內(nèi)信號(hào)的傳輸通路。“我們利用多體素模式分析（MVPA）、動(dòng)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(dòng)來揭示想象內(nèi)容。DCM是一種統(tǒng)計(jì)方法，讓我們能夠根據(jù)大腦活動(dòng)的測(cè)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?！?/p>

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

本項(xiàng)研究是言語、語言和神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（SLANG）幾代成員共同努力下的結(jié)晶。SLANG聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)隸屬于華東師范大學(xué)-紐約大學(xué)腦與認(rèn)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(fù)責(zé)人之一。

褚乾在大二那年加入了田興副教授的研究團(tuán)隊(duì)，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(xiàng)（N.E.T.）2020屆碩士研究生馬歐和SLANG實(shí)驗(yàn)室前實(shí)習(xí)研究員杭雨琪。

重新定義認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的框架是SLANG團(tuán)隊(duì)的核心研究方向之一。本次研究揭示出了運(yùn)動(dòng)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(rèn)知功能發(fā)揮作用。這一發(fā)現(xiàn)與SLANG團(tuán)隊(duì)一直以來將運(yùn)動(dòng)納入認(rèn)知過程的研究方向一致，不斷推動(dòng)學(xué)界重新審視運(yùn)動(dòng)在認(rèn)知功能中所發(fā)揮的作用。

當(dāng)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(jī)接口（BCI）技術(shù)的發(fā)展。他說：“目前BCI已有相當(dāng)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(hào)控制假肢。在這些應(yīng)用中，大腦產(chǎn)生的信號(hào)反映了特定的意圖或命令，由計(jì)算機(jī)解碼后實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)?！?/p>

他解釋道，本項(xiàng)研究闡釋了產(chǎn)生這些信號(hào)的源頭和通路，“一旦理解了整個(gè)機(jī)制，便有可能開發(fā)出基于整個(gè)動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，更為精準(zhǔn)和高效的BCI應(yīng)用?！?/p>

褚乾補(bǔ)充道，研究團(tuán)隊(duì)希望這些發(fā)現(xiàn)能夠?yàn)橹委熁寐犔峁┬滤悸??；寐牷颊咚奥牭健钡膬?nèi)容并非真實(shí)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(yùn)動(dòng)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?jī)A向于單一分析運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)或記憶系統(tǒng)，但我們的研究表明，將這兩個(gè)通路結(jié)合在一起，或可為治療方法提供一個(gè)新的方向?！?/p>