無論是橄欖球運(yùn)動(dòng)員、機(jī)場(chǎng)交通管制員還是在公園中緊盯自己孩子的父母，我們總能靠大腦記下自己看到的一切。即使是暫時(shí)移開視線，剛剛看到的一切也仍然印在我們的腦海中。這種“視覺工作記憶”的能力似乎天然存在，不摻雜任何負(fù)擔(dān)。但麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)最新研究表明，大腦在此期間實(shí)際是在高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)。每當(dāng)有關(guān)鍵物體在我們的視野中移動(dòng)時(shí)（無論是因?yàn)槲矬w本身移動(dòng)，還是我們的目光游移），大腦都會(huì)在相對(duì)大腦半球的神經(jīng)元之間重新編碼，由此實(shí)現(xiàn)記憶的即時(shí)轉(zhuǎn)移。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)由Picower學(xué)習(xí)與記憶研究所的神經(jīng)科學(xué)家們發(fā)表在《自然》雜志上。從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的角度解釋，我們視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)布局，需要將左腦觀看到的內(nèi)容映射至右腦，并將右腦觀看到的內(nèi)容映射至左腦。

Picower研究所Earl Miller教授指導(dǎo)的在讀博士后、論文一作Scott Brincat提到，“人類必須有能力把握事物在真實(shí)場(chǎng)景中的位置，無論看向哪里，都必須時(shí)刻了解位置信息。因?yàn)樵谖覀円苿?dòng)視線時(shí)，大腦從外部世界獲得的表示總會(huì)有所改變。”

在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，Brincat、Miller及其合作者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)物體在視野中轉(zhuǎn)換時(shí)，大腦會(huì)迅速利用腦波頻率同步性的顯著變化，將信息從大腦一側(cè)引導(dǎo)至另一側(cè)。這種轉(zhuǎn)移在幾毫秒內(nèi)即可完成，其在另一大腦半球的前額葉皮層中募集一組新的神經(jīng)元，用以存儲(chǔ)記憶信息。這種新的神經(jīng)元集合將根據(jù)對(duì)象的新位置對(duì)對(duì)象進(jìn)行編碼，而大腦將繼續(xù)把該對(duì)象識(shí)別為之前另一半球視野中的對(duì)象。

Miller提到，這種在視野任意活動(dòng)的同時(shí)始終牢記事物相對(duì)位置的能力，是我們自由控制視線的基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)員們可以將視野中的圖像在左右腦之間往來轉(zhuǎn)移，而不必?fù)?dān)心自己忘記剛剛看到的某一側(cè)情況。即使改變視線位置甚至超出視野以外，運(yùn)動(dòng)員仍然可以大體推斷當(dāng)前球場(chǎng)上的戰(zhàn)況。

Miller提到，“如果沒有這種能力，我們將是簡單的生物，只能對(duì)環(huán)境中當(dāng)下發(fā)生的一切做出反應(yīng)，僅此而已。但好在我們可以牢記事物，對(duì)自己的行為做出主動(dòng)控制。換言之，我們不必立即做某些內(nèi)容做出反應(yīng)，而是將場(chǎng)景記憶下來以備后用。”

往來轉(zhuǎn)移

在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員們測(cè)量了動(dòng)物在嬉戲時(shí)兩個(gè)大腦半球前額葉皮層中數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。這些動(dòng)物的視線被固定在屏幕一側(cè)，物體（例如香蕉）圖像只會(huì)暫時(shí)出現(xiàn)在屏幕中央。這時(shí)，動(dòng)物只能通過某一側(cè)的視野看到該物體，而且由于腦內(nèi)的交叉“布線”，物體只在一側(cè)的半球皮質(zhì)上接受處理。動(dòng)物必須牢記此圖像，而后判斷呈現(xiàn)的圖像中是否存在其他物體（例如蘋果）。但在某些試驗(yàn)中，在將原始物體保存在工作記憶中后，動(dòng)物被引導(dǎo)將視頻從一側(cè)轉(zhuǎn)換到另一側(cè)，借此實(shí)際轉(zhuǎn)換了記憶圖像的所在側(cè)。

很明顯，動(dòng)物能夠準(zhǔn)確記住所呈現(xiàn)圖像與之前的圖像是否匹配；但在被迫不斷轉(zhuǎn)換視線的情況下，這種判斷能力受到了一點(diǎn)影響。Brincat認(rèn)為，這樣的錯(cuò)誤表明，大腦也需要開足馬力才能處理好記憶內(nèi)容與所見內(nèi)容之間的差異。

他強(qiáng)調(diào)，“這種能力似乎天然存在，不摻雜任何負(fù)擔(dān)，但大腦在此期間實(shí)際是在高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)。”

為了分析動(dòng)物們大腦中的實(shí)際處理過程，該團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練出一種解碼程序，用以識(shí)別圖像記憶中神經(jīng)活動(dòng)原始數(shù)據(jù)的具體模式。正如所料，分析結(jié)果表明大腦對(duì)于半球內(nèi)的每個(gè)圖像進(jìn)行了信息編碼，而信息指示的位置與對(duì)象在視野中的實(shí)際位置相反。更值得注意的是，試驗(yàn)證明在動(dòng)物視線跨屏幕切換的情況下，編碼記憶信息的神經(jīng)活動(dòng)也會(huì)從一個(gè)大腦半球轉(zhuǎn)移至另一大腦半球。

研究小組還衡量了動(dòng)物神經(jīng)元集體活動(dòng)或腦電波的整體節(jié)律。他們發(fā)現(xiàn)，記憶在從一個(gè)半球向另一個(gè)半球轉(zhuǎn)移時(shí)，始終伴隨著一種標(biāo)志性的節(jié)律變化。隨著信息傳輸?shù)倪M(jìn)行，低頻“θ”波（約4-10赫茲）和高頻“β”波（約17-40 Hz）會(huì)在另一半球上同步上升，而“α/β”波（?11-17 赫茲）則同步下降。

這種節(jié)律的波動(dòng)模式，也在Miller實(shí)驗(yàn)室中關(guān)于皮質(zhì)如何使用節(jié)律變化傳遞信息的研究中得到了驗(yàn)證。低頻與高頻節(jié)律組合的增加，代表對(duì)感官信息（即動(dòng)物剛剛看到的事物表示）進(jìn)行編碼或調(diào)用。α/β頻率范圍內(nèi)的功率增加會(huì)抑制編碼，由此構(gòu)成感官信息處理的一種“門”機(jī)制。

Miller提到，“這是另一種形式的門，其中由α/β控制大腦兩個(gè)半球之間的記憶傳輸。”

意外發(fā)現(xiàn)

但除了節(jié)律模式之外，研究人員還得出另一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：對(duì)于特定視野中同一位置相同物體的圖像，如果初始觀看的大腦半球不同，則前額葉皮層會(huì)使用不同的神經(jīng)元進(jìn)行重現(xiàn)，而非從另一半球處轉(zhuǎn)移記憶。換句話說，與先前在右側(cè)看到香蕉、再將記憶轉(zhuǎn)移到左側(cè)的動(dòng)物相比，先在視野左側(cè)看到香蕉的動(dòng)物會(huì)使用不同的神經(jīng)元集合來表示此記憶。

對(duì)Miller來說，這一發(fā)現(xiàn)有著令人著迷的意義。神經(jīng)科學(xué)家曾認(rèn)為單個(gè)神經(jīng)元就是大腦功能中的基本單位，但最近人們開始傾向于神經(jīng)元集合才是這種基本單位。而此次新發(fā)現(xiàn)表明，即使是完全相同的信息，仍然可以由不同的、任意組成的神經(jīng)元集合進(jìn)行編碼。

Miller推測(cè)稱，“這些集合似乎也不是大腦的基本功能單元。那么，大腦的功能單元到底是什么？也許是大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)創(chuàng)造的計(jì)算空間。”

除了Crinlith以及Mikael Lundqvist也參與了論文編撰。

此項(xiàng)研究由國立心理健康研究所、海軍研究辦公室、JPB基金會(huì)以及國立普通醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所提供資金支持。除了Crincat與Miller之外，Jacob Donoghue、Meredith Mahnke、Simon Kornblith以及Mikael Lundqvist也參與了論文編撰。