杜憶：腦活動的捕捉者

杜憶：腦活動的捕捉者

本刊記者 汲曉奇

杜憶在辦公室

“我是誰？我從哪里來？要到什么地方去？”人類總會對自身產生無窮無盡的好奇心。小的時候孩子會問媽媽：“我是怎么出生的？”稍大一點又會對身體構造產生興趣。好奇心，是人類與生俱來的存在。居里夫人曾經說過：“好奇心是學習者的第一美德。”

對于中國科學院心理研究所研究員杜憶來說，人腦如何加工聲音信息以及如何感知和理解言語是她倍感興趣的所在，也是她近年來研究的方向和重點。

跨越專業，追蹤興趣

一直以來，杜憶對人體的構造都有著無窮的好奇心，因此她考取了北京大學醫學部。拿到學士學位后，杜憶的興趣更多地轉移到了心理學。“人的大腦是最復雜的人體器官，對腦的研究要比對人體生理學的研究更有挑戰性。這種強烈的好奇心促使我選擇在北京大學心理系（現在為心理與認知科學學院）攻讀直博。”

專業的跨越對杜憶還是造成了一定的影響，所幸醫學方面的很多技能與心理學是相通的，這才使得杜憶的專業跨越平穩渡過。“博士期間，我的導師是李量教授，他的專業是生理心理學，需要做大量的動物實驗，這與我的醫學背景也相契合。”杜憶說。

博士研究生期間，她使用大鼠模型揭示了對聽感覺運動門控的注意調節的神經機制。“感覺運動門控，就是指面對海量信息的時候，大腦通過系統性的門控作用（即前注意階段的信息過濾）和選擇性注意來實現對目標信號的篩選和識別，以及對干擾信號的抑制。”杜憶說，感覺門控的缺損導致無關刺激超載，最終可導致與認知、注意有關的各種精神障礙，如精神分裂癥、抑郁癥等。“在精神分裂癥病人的身上都存在這種門控機制認知調節缺失，并且這種缺失的程度是跟精神分裂癥的嚴重程度密切相關的。”

杜憶以對聽感覺運動門控的注意調節作為核心科學問題，在動物行為模型、神經環路功能連接、神經核團電生理這三個層次上開展了系統性的研究，并通過早期社會隔離飼養建立精神分裂癥大鼠模型，首次建立了感覺運動門控的空間注意調節缺失與該嚴重精神疾病的關聯。其研究成果對理解聽覺認知、注意過程與運動控制之間的機能整合，認識腦在復雜場景中的跨通道信息加工機制，并建立精神分裂癥的動物認知模型具有重要的學術價值和現實意義。

基于此項研究，杜憶發表了近十篇高質量學術論文，其博士論文《對聽感覺運動門控自上而下調節的動物模型和神經機制》獲得了“2013年全國優秀博士學位論文”。

動物與人，殊途同歸

拿到博士學位之后，杜憶已經積累了大量的實踐經驗，于是開始將研究對象從動物實驗轉為人類被試。

“對人最重要的聲音是言語，我最感興趣的是言語感知和理解過程中的大腦運作機制。”杜憶說，“在日常生活中，我們需要識別的目標語音常常與干擾聲一起出現，但聽力正常的人卻仍然能在相當的程度上聽懂所關注的語音。‘聽者如何從多個聲源中聽懂目標言語的呢？’這就是困擾心理學、認知神經科學和信息科學領域研究人員的‘雞尾酒會問題’。”在多倫多大學Rotman研究所Claude Alain教授實驗室從事博士后研究期間，杜憶圍繞著人腦如何在“雞尾酒會”場景下感知和理解言語做了大量開創性的工作。

首先，杜憶采用一種同時具有高時間分辨率和高空間分辨率的腦功能成像技術——腦磁圖，首次揭示了在多說話人情景下分離和識別言語時，注意作用對兩種重要的語音知覺線索，語音的空間差異以及嗓音差異，在行為和腦活動（聽覺皮層腦磁誘發反應）上的整合模式。隨后，進一步研究發現，語音的空間和嗓音頻率特征具有相對獨立的大腦皮層加工通路，這兩條神經通路可靈活、快速地受到知覺學習和選擇性注意的特異性調節。

杜憶這兩項工作成果先后發表于認知神經科學的一流期刊Cerebral Cortex，共同揭示了在“雞尾酒會”場景中不同聽覺注意成分的加工獨立性和整合機制，而認識聽者對不同線索的特征整合和注意調節機制是認識“雞尾酒會問題”的關鍵。

除此之外，杜憶認為：“我們在嘈雜環境中聽別人說話的時候，其實不僅是依賴我們的聽覺通道，還會從其他的感官通道獲取一些信息，如聽者對說話人口唇運動的發音預期對言語感知和識別具有重要的輔助作用。”她使用功能性磁共振成像技術，在年輕人身上揭示了位于大腦額葉的發音相關腦區對噪音干擾下言語分辨的貢獻機制。該工作首次在語音神經表征層面上證實了在噪音干擾下，發音相關腦區比聽覺皮層能更特異性地編碼語音。這項研究發表于一流的綜合性學術期刊《美國科學院院報》。

進一步地，杜憶把研究領域擴展到老年化對言語加工的影響。即當聽覺外周和聽覺中樞系統出現功能衰退時，老年人的大腦是如何進行言語加工的？杜憶運用功能性磁共振成像技術在國際上首次證實了發音相關腦區對老年人在噪音環境下的語音分辨和識別具有重要的代償作用。

該工作發現，在噪音干擾下進行語音分辨時，老年人的發音相關腦區比年輕人的發音相關腦區激活程度更高。而且，老年人發音相關腦區的激活程度可以預測其語音分辨的正確率。同時，老年人發音相關腦區在噪音干擾下對語音信號的神經編碼特異性明顯強于聽覺皮層。這項研究揭示，老年人在噪音環境下理解他人的言語時會更多地依賴與發音相關的腦區并采用一種預測性加工策略，即充分利用較少受到老年化和噪音影響的對言語的發音知識和預期以代償受損的聽覺加工。

該研究具有重要的應用價值，為幫助聽力受損的老年人設計和開展言語康復訓練方案提供了新的視角和啟發。該研究近期發表于一流的綜合性學術期刊《自然·通訊》。

杜憶對于言語理解的好奇心并未被滿足。“我們知道，長期接受音樂訓練的人在噪音干擾下具有更強的言語識別能力，但音樂訓練促進嘈雜環境下言語識別的神經機制目前還非常不清楚。”因此，杜憶前往McGill大學研究音樂和言語的世界知名學者Robert Zatorre教授實驗室，開展了關于音樂訓練對言語理解的促進作用的博士后研究。

“音樂訓練（彈奏樂器或唱歌）像說話一樣需要運動系統和聽覺系統的協同配合以達到實時反饋調整，聽覺和運動信息的整合對加工音樂和語音都至關重要。”鑒于音樂和語音在聲學結構上的諸多相似之處以及可能存在共享的腦環路基礎，杜憶創造性地推測，或許音樂家在嘈雜環境中分辨語音時，不僅對語音的聽覺加工增強，還能生成更精確的發音預期以及更有效地整合發音預期和聽覺輸入來促進言語識別。隨后，杜憶使用功能性磁共振成像技術證實了這一點。音樂訓練使音樂家的發音腦區的激活程度比普通人高，在噪音干擾下對語音具有更特異性的編碼能力。

這項研究成果從一個全新的角度探討了音樂訓練對言語加工的作用機制，目前國際國內都尚無相似的報道。“這項工作提供了以音樂訓練作為老年人和多種人群（如聽力受損的兒童和成人等）言語康復治療方案的神經生物學依據。這是最新的工作，研究成果還沒有發表。”杜憶補充道。

全職回國，整裝待發

對于杜憶來說，2016年初入選中組部“千人計劃”青年人才，全職回國進入中國科學院心理研究所擔任研究員是順其自然的事情。“盡管已在國外開展了多年的研究，但我的初衷就是出國深造學習，回國是一定的，也算不忘初心，得償所愿！”杜憶說，“回國以后，在組建實驗室、指導學生等事務上都需要花費精力，我現在的難點在于如何更高效地管理時間。作為一名女性科研工作者，更大的挑戰來自如何平衡工作和家庭生活。”

或許是自身專業的原因，杜憶對于研究人員的專業限制并不嚴格。用她的話說，這是一門交叉學科，心理學、醫學、生物學、信息科學等都可以發揮自己的作用。她在招收學生上面也是如此要求：只要是上述相關專業背景的學生都可以被考慮。杜憶笑言自己屬于“空降”的PI，沒有帶領團隊的經驗。所幸因為與學生們年齡接近，彼此之間更容易交流，她希望可以慢慢摸索出一種合適的組織模式，創造出更多的靈感。

“未來肯定還要拓展研究方向，比如說現在我們涉及到老齡化了，那么以后希望可以從發展的角度研究兒童聽覺和言語加工能力的習得和發展過程。另外就是要研究大腦各種精神疾病和功能障礙，如失語癥、閱讀障礙等對聽覺和言語能力的影響機制，以及學習和訓練，特別是音樂訓練，是如何增強我們的聽覺加工能力的。”談到未來的規劃，杜憶侃侃而談。