大脑的记忆过程在做数据压缩,不同图形也有共同的记忆格式

大脑究竟是如何记住所见信息的?研究者们有了最新发现 —— 大脑会捕捉与当前任务相关视觉信息,将所见画面精简压缩;而一些无关特征会被忽略。也就是说,人脑的记忆过程更像在黑板上写提纲,而不像照相机拍照。

另外,不同的视觉信息,可能被储存为几乎相同的记忆格式也是研究者们最近的实验分析结果。这篇论文来自纽约大学,已登上神经科学顶级期刊 Neuron。

下面来看看这是个怎样的研究。

大脑记忆活动的数据采集和可视化

大脑储存和回忆所需信息的能力,被称为工作记忆,这对于人脑的许多高级认知过程至关重要。之前已有研究确定了人脑能重新编码视觉信息,例如,会将看见的号码在脑海中重新编码并储存为朗读数字的声音。

基于这个结论,研究团队进行实验来开展新的探索。在实验中,他们设置了两种不同的视觉刺激图像:定向光栅和移动的点。

在每次测试中,参与者们首先会看到一个图像,接着用 12 秒来回忆所见信息,然后根据记忆判断刚才的光栅倾斜方向或一团点的移动方向。

同时,研究人员用磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI),将参与者的大脑活动可视化

不同视觉信息的记忆格式可能相同

研究者发现,无论是光栅的倾斜角度还是点的移动方向,都会在视觉皮层和顶叶皮层中产生相同的神经活动模式。视觉皮层是处理视觉信息的大脑皮层,顶叶皮层是大脑中用于处理和储存记忆的部分。

具体数据分析结果如下。

结果显示,大脑视觉皮层能够区分出光栅倾斜和点的移动这两种不同的图像刺激。与此同时,用一种类型的刺激(如光栅倾斜角度)训练大脑,还可以让其成功解码另一种类型的刺激(如点的移动方向)。

但值得注意的是,这种“共享”仅出现在记忆阶段,在直接观看刺激物的时间段内并未被观察到。

这也就印证了研究人员的一种推测:光栅倾斜和点集移动的图像属性既有不同点也有相同点,但在工作记忆过程中,大脑只会提取与具体任务最为相关的特征,并将两种不同的刺激编码为同一种“存储格式”。

人脑记忆方式类似“写提纲”

前文证明了工作记忆是大脑中对图像属性的抽象表示。那么,工作记忆表征还有哪些潜在性质?大脑会将全部所见内容都储存起来吗?

为了深入研究,研究者利用一个复杂的模型,将大脑活动的三维模式,投射到信息量更大的视觉空间的二维表示中。这样就揭示了对于本实验中两种视觉刺激,大脑存储和回忆信息的重新编码格式。

图 A 是空间重建分析示意图。每个特征条件下的光栅角度或点运动方向被投射到视野空间中。图 B 是群体重建图,根据图 B 计算过滤反应和相关保真度值,得到图 C、图 D。

通过分析这些数据发现,参与者实际上根本没有记住光栅或复杂的移动点云;相反,他们将图像压缩成一条线,代表他们被要求记住的角度。

作者简介

论文的第一作者 Yuna Kwak,目前正在纽约大学攻读心理学博士学位。

Clayton E. Curtis 是论文的通讯作者,也来自纽约大学心理学系。

目前,研究人员才刚开始弄清楚工作记忆的部分功能,许多答案仍待揭晓。如:一个相对简单的记忆,将如何转化为工作记忆中更复杂的信息集?

不过,利用当今的技术,人们能以前所未有的方式来访问和捕捉工作记忆。这将有助于分析对于来自大千世界的各种视觉信息的输入,工作记忆形成的共性和差异。

论文链接:

https://www.cell.com/action/doSearch?text1=Unveiling+the+abstract+format+of+mnemonic+representations&field1=AllField&journalCode=neuron&SeriesKey=neuron

参考链接:

https://directorsblog.nih.gov/2022/04/12/human-brain-compresses-working-memories-into-low-res-summaries/

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