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认知与行为
我们都一样——
人类大脑如何编码时空
Qasimetal.,Cell
图图
你知道从我们这里去茶颜悦色咋走吗?要多久?当问到这个问题时,你一定会头脑风暴一番,先判断自己在哪,走哪条路经过几个路口才能去到那个人满为患的奶茶店。那你的大脑是如何将这些信息联系起来?我们又为何记得何时何地发生过什么?
这些都要仰仗我们的大脑神经元活动有条不紊的工作。不同的神经元在不同地方不同时间有规划地活跃起来,编码着我们经历的顺序,能帮助我们的大脑形成一个“大局观”。特别的是,之前已有相关研究表明,啮齿类动物的海马体需要单个神经元通过相移(phaseprecession)有节奏的与局部θ振荡(~5–10Hz)合作实现对整体信息的整合压缩,以支撑我们对空间、时间等序列事件的认知、学习和记忆。但是,这十几年来,我们的研究都局限于现存的模式动物研究中,还并未在人体内发现这种相移的现象。
然而,近日,来自哥伦比亚大学工程与应用科学学院的Jacobs研究组,率先报道了他们在人体内的发现,人类大脑同样拥有着这种非常重要的时序编码功能,在空间探索过程中他们在人脑内嗅皮质(entorhinalcortex)和海马体中的神经元中,同样观测到了与啮齿类动物非常类似的相移。除了空间信息,人类大脑的相移还可以编码一些别的更为复杂的信息,比如它们与特殊的目标状态也息息相关。
-Qasimetal.,Cell-
为了记录并分析人类大脑中的神经元活动和电位等信息,研究人员分析了13个正在接受耐药性癫痫(drug-resistantepilepsy,DRE)临床治疗的并曾经接受过脑部神经手术(有植入电极)的病患不同脑区的神经元放电情况。这些受试者在虚拟现实空间导航任务中可以自由顺时针或逆时针探索。环境中包含有方形广场和周围的六座特定目标建筑物。
首先,研究人员比较了人类的啮齿类动物的海马体θ振荡,发现人类的θ振荡频率范围明显更广但低频尖峰值更低。在这个实验中,他们对相移的评估是基于2–10Hz的θ振荡频率,之后,他们鉴别出了受试者海马体和内嗅皮质中与空间信息紧密联系的神经元和它们对应的放电尖峰位置(spike-phase),注意到它们刚开始都会在θ振荡波的相位后期放电。但随着移动时间的推移,它们的放电尖峰会有序的逐步向脑电波相位前移动。这说明神经元的放电尖峰时序与它们对应的空间位置呈负相关,从而根据神经元放电的尖峰相位可以推断出到达位置中心的路径中不同的相对位置。这与之前在啮齿动物中的观察结果非常类似。同时,他们注意到在空间探索任务中,人类大脑中感知位置信息的神经元其相移对空间位置更为敏感,而非单纯对时间流逝敏感,说明这些神经元放电相位能非常有效的编码空间位置信息。
但相移是否只与空间位置有关呢?因为之前在啮齿类动物中发现,还存在一些非空间类行为,例如快速动眼期或跳跃时编码时间等,表明大脑不同区域会普遍利用相移来编码系列事件顺序、状态。所以,人类是否也如此呢?接着研究人员通过测量神经元放电尖峰相位振谱进一步确认,人类大脑中非空间神经元也存在着非常统一有节律的放电现象(比θ振荡频率更高),也就是说这些神经元中也普遍存在着类似编码空间顺序的相移。那么这种非空间相移是否有可能在非空间性更复杂/高级的任务(比如寻找特定目标)中发生改变呢?它们是否有选择性的只在特殊目标相关轨迹中出现,从而有效的将这些轨迹信息结合在一起,进而服务于我们的序列学习和记忆?
在这一测试中,受试者需要根据给出的信号移动到随机选择的目标地点。研究人员发现,有些细胞在移动到一些特殊目标途中会非常有针对性的表现出相移,说明这些细胞(相对集中于前扣带皮质/眼窝前额皮质/杏仁核和海马体)的相移是仅与目标状态相关,而非其他可能的因素,例如不同目标本身引起不同的LFP功率或神经元放电速率,又或是受试者在任务中对不同目标的表现带来的差异,亦或是地理位置等。这些结果证明了,不仅在啮齿动物中,即使在人类大脑中,也存在着通过相移来编码非空间复杂事件的机制。而这极有可能是我们序列行为/学习的基础。
总的来说,这项研究将相移理论很严谨的延伸到了人类大脑,并拓展到了非空间顺序事件中,说明人类与之前的研究过的啮齿类动物模型非常类似。大脑中神经元与局部电位活动可以通过相移实现非常高效的合作共赢来编码时序,这是我们对事件产生有序认知和记忆的坚实神经基础。
doi:10./j.cell..04.
人脸识别的两个因素:
你熟悉那张脸吗?你们是同种族吗?
Zhouetal.,Perception
苏木弯
假如发生了一起事件,有两个目击证人声称看到了事件相关人。第一个目击证人与事件相关人熟悉,但不是同种族;第二个目击证人与事件相关人不熟,但属于同种族。谁的证词更值得相信呢?
人脸识别中一个著名的现象是“异族效应”(other-raceeffect),即同种族的脸比其他种族的脸更容易记忆。那么,把异族效应和其他因素一起考虑会怎么样呢?比如,熟悉度——“认识的其他人种的人”,和“不熟的同人种的人”,谁的脸更好记呢?在考虑是否有影响的基础上,影响有多大也是很关键的问题。Zhou等人通过实验和问题比较了熟悉度(熟悉/不熟悉)和种族(同种族/不同种族)这两个因素对人脸识别的影响的效果。他们的实验主要是一个新/旧识别测试。实验包括学习和测试两个阶段。在学习阶段,被试按随机顺序浏览64张不同的人脸图片(包括16个黑人名人,16个白人名人,16个黑人普通人,16个白人普通人)。在接下来的测试阶段,被试会按随机顺序看到张人脸图片(包括32个黑人名人,32个白人名人,32个黑人普通人,32个白人普通人),其中每个类别都有一半(共64张)是在学习阶段出现过的旧脸,另一半是没有出现过的新脸。对于每一张图片,被试需要回答这张图片中的人脸是否在学习阶段出现过。
除了测量被试回答的准确性,实验还包括了一系列的问题以测量人们的“元认知”,也就是人们对于自己的认知的看法。问题分为自我评估和对他人评估。自我评估有三项:首先是在学习阶段的预期评估,对于每一张人脸图片,被试都要在百分比的度量上选择一个数来表示他们在记忆测试中记得这张脸的可能性;其次是在测试阶段的同步评估,对于每一个回答,被试都需要在百分比的度量上选择一个数来代表对于这个回答的自信程度;最后是测试结束后的调查问卷中的回顾评估,在学习阶段出现过的64张人脸会同时再次出现,并被分成2x2的表格(16个黑人名人,16个白人名人,16个黑人普通人,16个白人普通人),被试需要选择两个他们认为自己记得最好的分类。一共有六种选法。对他人评估包括在测试阶段的两个问题,对于每一张人脸图片,被试需要回答他们认为和这张人脸的主人同一种族以及不同种族的人的回答情况(分别在30个人中有多少人能回答正确)。最后被试需要填写他们自己的种族。
实验结果显示,种族和熟悉度都对人脸识别测试的表现有影响,但熟悉度的影响要强得多。效应值(effectsize)的比较发现,熟悉度对于识别表现的影响比起种族至少要强10倍。由于在学习阶段和测试阶段使用了相同的图片,人脸识别表现可能归因于对特定的图片的记忆,而并不是单纯的人脸记忆。Zhou等人进行了第二次实验。在本次实验中,学习阶段和测试阶段使用了相同人脸的不同图片,以确保实验测试的是对人脸的记忆而不是对图片的记忆。两次实验的结果是相似的,证明第一次实验的结果并不是因为重复图片。
-Zhouetal.,Perception-
自我评估的结果表示人们意识到了熟悉度的影响比种族的影响要大。在两次实验中,预期评估,同步评估,和实验后的回顾评估结果都和被试的真实表现相符。然而,对他人评估却显示出不同的结果。人们系统性地低估了他人的表现。另外,更重要的是,人们高估了异族效应对他人的影响,认为种族和熟悉度的影响相似。
在过去的实验以及社会生活中,我们都很
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