心理与认知科学学院鲍平磊课题组揭示视觉工作记忆中物体表征的空间重组机制

　　

视觉工作记忆使我们能够在物体短暂消失后，仍在脑中维持其形状、身份和位置等信息。长期以来，视觉工作记忆是否依赖于感知阶段已有的神经表征，一直是认知神经科学中的重要问题。尤其是在高级视觉皮层中，物体表征通常受到视觉空间位置的影响：左侧视野的信息主要由右半球处理，右侧视野的信息主要由左半球处理。那么，当外部视觉输入消失后，大脑是否仍然遵循这一空间组织方式来维持记忆？

5月8日，北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心鲍平磊课题组在《科学进展》（Science Advances）在线发表题为“Spatial reorganization of object representations in high-level visual cortex distinguishes working memory from perception”的研究论文。该研究利用功能磁共振成像（fMRI）和多变量神经解码方法，系统比较了视觉感知与视觉工作记忆中物体表征的空间组织方式，发现视觉工作记忆并非简单延续感知阶段的对侧化表征，而是在高级视觉皮层中形成了跨半球、分布式的物体表征。

研究团队设计了多种相互匹配的实验任务，包括单侧知觉、双侧知觉、中央知觉、单侧工作记忆、双侧工作记忆以及双侧注意任务（图1）。研究人员重点考察物体选择性皮层（object-selective cortex, OSC）中物体身份信息在左右半球的分布方式。

图1 实验任务设计：比较视觉感知、注意与工作记忆中的物体表征

在视觉感知任务中，研究发现OSC中的物体表征具有明显的对侧偏好。当两个物体同时呈现在左右视野时，每个半球主要表征对侧视野中的物体，而同侧物体信息显著减弱（图2）。这说明，即使在具有较高位置容忍性的高级视觉皮层中，当前视觉输入的空间位置仍然显著约束物体表征的分布。

图2 视觉感知中的对侧化物体表征

与感知阶段不同，在视觉工作记忆任务中，物体信息不再局限于对侧半球。无论被试只需记住一个目标物体，还是需要同时维持左右两侧的两个物体，研究人员都能够在同侧OSC中可靠解码出目标物体身份（图3）。这表明，当视觉输入消失后，工作记忆会打破感知阶段的空间限制，将物体信息扩展至双侧高级视觉皮层。

图3 视觉工作记忆中物体表征扩展至双侧高级视觉皮层

进一步的顶点剔除分析显示，这种同侧表征并非只来自少数本来就对双侧输入敏感的区域，而是广泛分布于同侧OSC。特别是在工作记忆任务中，即使移除大部分具有双侧响应特征的皮层顶点，同侧物体信息仍然可以被解码，说明工作记忆招募了比感知更广泛的神经资源，且视觉工作记忆中的跨半球表征扩展不能简单归因于注意范围扩大，而更可能反映了一种与记忆维持相关的空间重组机制。

研究团队进一步通过Searchlight表征相似性分析发现，这种感觉样表征在工作记忆期间扩展至更大范围的同侧OSC区域（图4）。换言之，大脑并不是抛弃感知系统原有的编码格式，而是在保留物体表征结构的基础上，重新组织其空间分布。

图4 工作记忆中物体表征在同侧OSC中广泛扩展

该研究揭示了视觉感知与视觉工作记忆在高级视觉皮层中的关键差异：感知过程更强调对当前输入位置的精确表征，因此主要遵循对侧化空间组织；而工作记忆需要在没有外部输入的情况下稳定维持物体信息，因此会通过跨半球重组形成更加灵活、分布式的神经表征。这一发现为理解感知与记忆如何共享并重塑高级视觉皮层资源提供了新的证据，也进一步揭示了人脑视觉系统在不同认知需求下的动态组织方式。

鲍平磊组杨佳博士后与鲍平磊为该研究的共同通讯作者，北京大学博士生李婉如为论文第一作者。该研究得到了科技部科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目，国家自然科学基金创新研究群体项目，国家自然科学基金青年项目、面上项目和重点项目以及博士后基金的支持。