北京师范大学秦绍正、薛贵等接连在Nature子刊和Sci Adv发表记忆相关研究进展
导读：
2021年10月7日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室秦绍正教授课题组在Nature Human Behavior在线发表了题为Rapid neural reorganization during retrieval practice predicts subsequent long-term retention and false memory的研究论文。
2021年10月8日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室薛贵教授课题组在Science Advances在线发表了题为Transformative neural representations support long-term episodic memory的研究论文。
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第一篇
秦绍正课题组在Nature Human Behavior发表论文揭示[情绪]记忆提取练习引发脑功能动态重组及其对学习效果预测作用
记忆是认知功能与生物智能的核心成分，是个体发展和群体知识传递的基石。长达数个世纪以来，科学家与教育工作者一直致力于探索如何有效促进与提升记忆能力的方法。其中，记忆提取练习(retrieval practice)被证实是最为行之有效的方法之一。记忆提取练习指的是通过主动去提取或回忆所学的记忆信息，使之能够更好地被巩固和储存下来。记忆提取练习能显著提升学习效果，因此作为有效学习的手段之一被广泛应用于各种科学学习训练、教育教学和记忆能力促进与干预等实践当中。然而，我们对提取练习过程中记忆信息的神经表征与大脑功能网络究竟如何工作的机理，知之甚少。
综合利用记忆提取练习、前瞻性记忆巩固范式以及功能性磁共振成像(fMRI)等技术方法，通过获取8次记忆重复提取练习任务下大脑功能活动，结合动态的多体素(分布式)表征特异性、脑功能网络重组和机器学习等分析方法，北师大认知神经科学与学习国家重点实验室、IDG/McGovern脑科学研究院秦绍正课题组揭示了记忆提取练习引起的动态脑功能特异化重组及其对后续学习记忆效果的预测作用。该研究成果于2021年10月07日在《Nature Human Behavior》（《自然-人类行为》）杂志正式发表。
近年来，国际上心理学与认知神经科学的研究发现——记忆提取会诱发记忆痕迹再激活并处于高度可塑的活跃状态。此时的记忆痕迹(memory engram)信息表征可以被“编辑”，包括增强、更新或更改。以往关于记忆提取练习的研究都集中在其对记忆效果的增强方面，而其导致记忆失真的证据则较少被关注。其次，现有的认知行为研究大多表明记忆提取练习对记忆的促进效应不是即时的，而是需要经过记忆巩固之后才会表现出来。然而，关于此现象背后的认知神经机制，却知之甚少。最后，目前关于记忆提取练习效应的神经机制的研究大都基于特定局部脑区，而长时记忆的形成往往是多脑区分布式表征参与的。为此，探索记忆提取练习中局部脑区内信息表征模式以及相关的脑区之间如何协同合作，显得至关重要。
鉴于此，课题组利用功能性磁共振成像(fMRI)方法，采集了57名有效健康青年被试在进行8次重复性记忆提取练习时的大脑功能活动，然后采用前瞻性记忆巩固范式，针对所练习的学习材料在随后立即测验（30分钟之后）和延迟测验（24小时之后）中考察了相应的记忆表现（图1）, 以便测查记忆巩固前后，经过记忆提取练习的学习材料(与未经过提取练习的相比)的长时记忆保持率以及产生虚假记忆的程度。该实验设计还纳入了负性情绪与中性情绪刺激，以此考察记忆保持与虚假记忆效应是否特异于不同情绪效价。最后，采用通过结合动态的多体素表征特异性、脑功能网络动态重组和机器学习等分析方法，系统考察了记忆提取练习中局部海马及其他内侧颞叶脑区与额叶顶叶等记忆相关大脑皮层的的多体素信息表征模式，这些脑区之间随着提取进程如何协同合作的动态网络重组模式，以及这些动态模式是否能够分别预测巩固前后长时记忆信息的保持率以及虚假记忆产生的程度。
结果表明：和以往的研究一致，记忆提取练习确实会促进长时记忆的表现，但这种记忆增强的效果主要发生在24小时后的延迟测验中，提示任务完成后的巩固期可能协同对记忆增强产生作用。同时，研究团队还观察到记忆提取练习比控制条件产生了更多的错误记忆，而且这种错误记忆的产生已经在练习结束后的30分钟就可以测出来（图1）。值得强调的是，负性情绪材料和中性情绪材料在行为层面并未观测出显著差异，表明记忆练习引发的固化后长时记忆保持率提升和虚假记忆产生效应对学习材料情绪效价不敏感。
（图1：实验设计和行为结果）
接着，研究团队深入探查了记忆提取过程中记忆相关脑区多体素分布式信息表征和脑功能网络连接的动态模式。脑功能影像分析发现：随着记忆提取次数增多，后侧顶叶区域（PPC, Posterior Parietal Cortex）的表征特异性（neural distinctiveness）也随之不断提高，并能预测24小时后固化后的长时记忆保持率提升；而内侧颞叶（MTL,Medial Temporal Lobe）特别是海马在练习过程中展现处非稳态的神经表征特异性，并可以预测个体虚假记忆产生的程度（图2）。
（图2：多体素表征特异性分析）
最后，研究还发现：随着记忆提取练习次数的进程，能够增强记忆相关网络连接的全局效能（图3），并且分别通过以腹外侧前额叶（Ventrolateral prefrontal cortex，VLPFC)-顶叶后部(PPC) 和背外侧前额(Dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC) -内侧颞叶(MTL特别是海马)为核心的脑功能网络特征动态变化模式，可以分别预测经巩固后长时记忆保持率提升和虚假记忆的产生效应（图4、5）。有趣的是，对于预测长时记忆保持率的脑功能网络特征在经过5次提取练习达到峰值后进入平原期，而预测虚假记忆产生的脑功能网络特征似乎可以一直持续到8次提取练习。
（图3：记忆提取练习能够有效促进脑功能网络连接模式的全局效率）
（图4：记忆提取练习中脑功能网络特征的动态模式预测固化后长时记忆保持率）
（图5：记忆提取练习中内侧颞叶/海马-前额叶功能网络特征的动态模式预测虚假记忆产生）
该研究的创新之处主要体现在以下两个方面：首先，研究团队将记忆提取练习跟记忆巩固和虚假记忆创造性的融合起来，通过一个整合性的研究,系统考察并证实了记忆提取练习效应的两面性，即既能从总体上增强长时记忆，但也会在一定程度上导致相关记忆失真；其次，从多体素表征特异性和脑功能网络重组的动态角度出发，系统考察了记忆提取练习中局部海马与额顶页记忆相关脑区多体素信息表征模式、这些脑区之间随着提取进程如何协同合作的动态重组模式，及其对长时记忆保持促进与虚假记忆产生效应的预测作用。
鉴于记忆提取练习已被广泛应用于实际生活中的不同场景（例如在以提高学习效果为目的学校课堂上、以及针对记忆损伤病人的记忆恢复训练等场景中），此研究揭示的记忆提取练习“双刃剑”效应，为这些实际应用提了醒，并建议应通过优化操作过程（如及时提供记忆提取结果的反馈信息）最大程度上避免虚假记忆的产生。同时，该研究还揭示了两种不同记忆效果下特异且分离的神经表征和脑网络证据，深入刻画了记忆可塑性变化的不同动态模式。脑影像结果为同一脑认知活动（即相同的记忆提取的过程）导致了两种不同记忆效果的现象，提供了一个认知神经机制上的解释。
该研究是课题组近5年以来，在人脑[情绪]记忆调控 (Liu et al., 2016; Zhuang et al.,2020; Wang et al., 2021; Xiong et al., 2021)与情感认知相互作用领域一系列工作基础上(Zeng et al., 2021; Jiang et al., 2021; Tian et al., 2021)的延伸和拓展。
本项目获得了国家自然基金、北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室开放课题以及中国博士后科学基金特别资助等项目资助。课题组博士生庄理平和博士后王静怡为该论文的共同第一作者，其他作者依次为课题组博士生熊炳森、硕士毕业生卞诚、博士毕业生郝磊以及VA医院PeterBayley教授，通讯作者为秦绍正教授。感谢本项目实验设计、数据采集和分析，以及论文修改过程中北师大柳昀哲教授、北脑中心崔再续研究员、荷兰奈梅亨大学唐德斯研究所的Frederik Weber以及北师大脑成像中心的大力支持，感谢参与本项目的所有被试对科学研究的支持和奉献。
课题组网站：
http://icanbrainlab.bnu.edu.cn/en/infolist-99.html
文章信息：Zhuang,L., Wang, J., Xiong, B. et al. Rapid neural reorganization during retrieval practice predicts subsequent long-term retention and falsememory.Nature Human Behaviour (2021). https://doi.org/10.1038/s41562-021-01188-4
课题组在情绪记忆调控与情感认知相互作用领域前期论文(节选)：
第二篇
薛贵课题组在《Science Advances》发文揭示长时记忆的神经动态表征机制
2021年10月8日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室薛贵教授课题组在Science Advances在线发表了题为Transformative neural representations support long-term episodic memory的研究论文。研究发现记忆的神经表征从最初的编码、到短时保持、再到长时记忆提取是高度动态变化的，具体表现为（1）动态编码支持稳定的长时记忆的形成，这是通过增加编码晚期的神经表征稳定性来实现的；（2）在编码刺激消失后（即短时记忆保持的早期），记忆表征进一步发生快速的转变，并且持续到记忆提取阶段。
早在20世纪30年代，Bartlett指出，“记忆不是简单的重新激活数不胜数的、固定的、毫无生趣的、细碎的痕迹，而是一种富有想象力的重构或者构建。”。然而，过去10多年对记忆表征的研究主要受到Tulving有关情景记忆的时间旅行(mental time travel)观点的影响，关注提取阶段的神经激活模式再现。大量研究着重考察了记忆编码和提取阶段的相似性，而忽略了这两者之间的差异。本研究采用颅内脑电记录，结合了短时记忆延迟匹配任务以及基于线索提取的长时记忆任务，深入了解不同记忆阶段的神经表征内容和变化模式。
图1 实验范式，电极位置和表征相似性分析示意图
研究发现，在编码阶段大脑对学习材料的神经表征进行快速的转化，体现为从视觉表征到抽象语义表征的转化。事后长时记忆测试中，记住的项目比忘记的项目在编码阶段有更快的从视觉到抽象语义的表征转换。我们进一步发现，这种快速的表征转换可以实现更为稳定的编码表征，从而支持长时记忆的形成。我们之前的研究发现，一致的神经激活模式有助于形成长时记忆(Xue et al., 2010; Lu et al., 2015; Feng et al., 2019)，这个结果进一步提示了这种稳定表征形成的机制，就是外界输入和头脑中长时知识的交互作用，从而有助于形成稳定表征，并支持长时记忆。
图2 编码阶段表征的动态性对长时记忆的影响受到编码晚期的项目特异性表征的中介
本研究还发现，在编码阶段结束后，记忆的神经表征进一步发生快速且持续的变化。首先，在编码结束后（即短时记忆保持阶段开始）0-350ms内，事后记住项目比事后忘记项目发生了更大的表征变化；其次，长时记忆提取阶段的表征和短时记忆的表征更加相似，但和编码阶段存在显著差异，表明成功的记忆提取复现了短时记忆保持阶段项目的神经表征而非编码阶段的神经表征。
进一步系统比较发现，同一记忆阶段内部多次重复之间的项目特异性的神经表征相似性，显著高于不同阶段之间的相似性，表明从编码到长时记忆提取，记忆的神经表征经历了多阶段的转变。
图3 项目特异性神经表征从编码到保持再到提取经历多阶段转变
薛贵教授团队一直致力于揭示记忆的神经表征机制(Xue, 2018)。在早期神经激活模式再现理论的基础上(Xue et al., 2010; Lu et al., 2015; Feng et al., 2019)，近年来团队持续发现了记忆过程中神经表征的动态变化模式。2017年，该团队首次发现了从编码到长时记忆，记忆表征的核心脑区从视觉皮层转移到顶叶皮层(Xiao etal., 2017)；随后，借助颅内脑电记录考察短时记忆记忆表征在时间上的动态变化，结果发现短时记忆保持了高级视觉和抽象语义的表征，而非初级视觉表征。并且这些表征内容通过和海马相位的耦合以维持短时记忆的稳定保持(Liu et al.,2020)。2021年8月，采用记忆宫殿任务，结果发现海马通过对记忆表征的灵活转换来降低相邻项目之间的干扰，支持快速高效记忆的形成(Liu et al.,2021)。同时，他们还发现，这种表征的动态转化也可能导致错误记忆的形成(Zhu et al.,2019)）。
本研究是由薛贵教授团队与引智专家德国波鸿鲁尔大学Nikolai Axmacher教授团队，以及首都医科大学宣武医院遇涛教授，任连坤教授以及倪端宇教授的紧密合作下完成。论文第一作者刘婧是国家重点实验室已毕业的博士生，薛贵教授为本文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目（31730038），中国-以色列国际合作研究基金（31861143040）等项目的资助。
文章链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg9715
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