是谁按下了大脑中的声音播放键？

文/上海纽约大学 编辑/南溪

你是否也曾经历过脑内“金曲点播”时刻？可能是一首洗脑“神曲”，或者一段手机铃声，明明耳朵什么也没听到，但脑子里凭空就播放起了声音——这种现象在神经科学界称为“听觉幻象”，是大脑生成的一种想象。

近期，上纽大神经与认知科学副教授田兴团队于《大脑皮层》（Cerebral Cortex）发表新研究成果，找到了驱动大脑想象功能的两大源头：运动和记忆系统。

当脑海中想象出有声音在播放时，其实是大脑听觉皮层被激活了，制造出“听到声音”的感觉。

田兴副教授带领团队开展了相关研究，他解释道：“以往的研究中，神经科学家更倾向于探讨大脑的想象功能会如何影响信息处理和行为。而我们的研究想要解答最根本的问题，探析听觉幻象的源头和运作机制。”

长期以来，认知神经科学家一直试图揭示幻象的机制。田兴团队根据前人的实证研究提出假设：运动和记忆系统可能是激发出幻象的两个源头。

团队精心设计出一套新颖的“双通路幻象”范式用于验证假设，该范式能够最大程度区分源自运动和记忆的幻象。实验中，参与者按指示要求，想象人类语言的声音或自然音效。

一个实验任务中，参与者需要观看展示物体运动的静音视频，如篮球在地板上弹跳，并同时在脑海中想象与画面相匹配的声音，如篮球与地面碰撞发出的“砰砰”声。另一实验任务则要求参与者看着视频上的文字，想象自己说出相应内容，但实际并不发出声音。

研究团队运用功能性磁共振成像（fMRI）捕捉参与者在实验任务中的大脑活动。

研究结果显示，两种类型的幻象都能在没有任何声响的情况下激活听觉皮层，想像篮球弹跳声音的激活基于记忆系统，想象说话的激活则是基于运动系统。在这两种情况中，参与者均在没有实际声音的情况下，在脑海中“听到”了想象中的声音和语言。

▲ 实验中，参与者观看静音视频并想象声音

经过海量数据分析，研究团队得以描画出幻象过程中脑内信号的传输通路。“我们利用多体素模式分析（MVPA）、动态因果模型（DCM）等方法分析收集到的fMRI数据，”文章的第一作者、上纽大2022届学生褚乾说，“MVPA方法能够根据不同的大脑活动来揭示想象内容。DCM是一种统计方法，让我们能够根据大脑活动的测量数据，发现大脑不同区域间的相互作用和因果关系。”

根据分析结果，团队推断出在基于运动系统生成幻象的过程中，有一个中间阶段，又称体感预测，参与并发挥作用。本次研究的结果不仅验证了团队的假设，并且首次给出了幻象这一人类核心认知功能的神经证据。

本项研究是言语、语言和神经科学实验室（SLANG）几代成员共同努力下的结晶。SLANG联合研究团队隶属于华东师范大学-纽约大学脑与认知科学联合研究中心（上海纽约大学），田兴副教授为主要负责人之一。

褚乾在大二那年加入了田兴副教授的研究团队，现于马克斯·普朗克-多伦多大学神经科学与技术联合研究中心（MPUTC）攻读博士学位。

▲ 两种幻象下，通过fMRI捕获到的大脑区域激活情况

该文章的作者还包括华东师范大学-上海纽约大学联合培养研究生专项（N.E.T.）2020届硕士研究生马欧和SLANG实验室前实习研究员杭雨琪。

重新定义认知神经科学的框架是SLANG团队的核心研究方向之一。本次研究揭示出了运动和记忆系统产生幻象的能力，即两大系统能够对人类高阶认知功能发挥作用。这一发现与SLANG团队一直以来将运动纳入认知过程的研究方向一致，不断推动学界重新审视运动在认知功能中所发挥的作用。

当谈及本次研究的应用前景，田兴副教授表示其成果或将能够助力脑机接口（BCI）技术的发展。他说：“目前BCI已有相当多的应用，例如假肢控制，即帮助截肢或瘫痪的患者利用大脑信号控制假肢。在这些应用中，大脑产生的信号反映了特定的意图或命令，由计算机解码后实现相应的运动。”

他解释道，本项研究阐释了产生这些信号的源头和通路，“一旦理解了整个机制，便有可能开发出基于整个动态神经网络，更为精准和高效的BCI应用。”

褚乾补充道，研究团队希望这些发现能够为治疗幻听提供新思路。幻听患者所“听到”的内容并非真实存在，目前的神经证据表明，此类激活听觉皮层的方式可能源于运动和记忆系统受损。

他说：“迄今为止，该领域的大多数研究倾向于单一分析运动系统或记忆系统，但我们的研究表明，将这两个通路结合在一起，或可为治疗方法提供一个新的方向。”