储存在工作记忆中的究竟是什么?

储存在工作记忆中的究竟是什么?

本文来自微信公众号:神经现实 (ID:neureality),作者:NicolettaLanese,译者:Kingsley,校对:杜彧,编辑:老司橘,头图来自:unsplash

大脑用于创造关键记忆的“秘密代码”终于被破解了。

这种被称为“工作记忆”的记忆令人们得以在短时间内暂时性地保存及操纵信息。举个例子,当你找到一个电话号码并在短时间内记下数字序列以拨打号码的时候,或者是当你询问一个朋友去某家餐厅的方向并且记住到达那里的路线的时候,你就在使用工作记忆。

就职于弗罗里达州立大学的心理学与神经科学助理教授德瑞克·尼(Derek Nee)表示,这项新的研究发现是工作记忆研究领域“必不可少的进步”。

一段关键的过程

数十年来,科学家都在思考大脑如何以及在何处对瞬时记忆进行编码。

尼并没有参与这项新研究,他说:一种理论认为,不同于大脑存储输入的视觉或嗅觉的感官信息或是长期记忆(长期记忆就是像和你一起参加舞会的人的回忆,或者说你在学校里的基础知识一样的记忆)的地方,工作记忆在脑内特殊的“储藏间”中形成

尼说道,持相反意见的理论则认为“并不存在这样的特殊储藏室”,在这个理论中,工作记忆其实是一种“突生现象*,如尼所说,“当我们将过去和未来建立联系时,会保持感觉和运动表征,工作记忆由此产生。”根据这个理论,你第一次读取一个电话号码时放电的大脑细胞和你之后一次又一次的读取那个号码时放电的大脑细胞是同一个。

*译者注

突生现象(emergent phenomenon)或称涌现、创发、演生。在哲学、系统理论、科学和艺术中,当组成一个整体的各个部分相互作用,使得整体表现出了组成部分所不具备的特征性质时,突生现象就发生了。突生现象相关的理论具有争议,详参

https://en.wikipedia.org/wiki/Emergence;

https://neu-reality.com/2018/09/emergence/

论文题目:Unveiling the abstract format of mnemonic representations

于4月7日在《神经元》期刊发表的新研究同时挑战了两个理论。新研究认为,与其说工作记忆是在反映感知时发生的现象或是依赖于特定的记忆储藏室,不如说其功能比单纯地收集感官信息更进一步:工作记忆仅仅抓取从环境中取得的最相关的感官信息,然后将信息用一种相对简单的编码组合在一起

纽约大学的心理学与神经科学教授、研究的通讯作者克莱顿·柯蒂斯(Clayton Curtis)说道:“在过去的数十年中有线索表明,我们储存在工作记忆中的东西也许不同于我们所感知到的东西。”

为了解决工作记忆的谜题,柯蒂斯和共同作者尤娜·夸克(Yuna Kwak),一位纽约大学的博士生,使用了一种被称为功能性磁共振成像(fMRI)的脑部扫描技术。活跃脑区的细胞需要更多的能量和氧气,所以fMRI就通过测量脑部不同区域的血流变化,提供了一种非直接的测量脑部细胞活跃程度的方式。

研究小组使用这种技术扫描了9个正在使用工作记忆完成任务的志愿者的脑部;研究的两位作者也参加了脑部扫描的实验。

在一种条件下,被试首先会在看到屏幕上一个由光栅或斜杠组成的的圆圈,这个圆圈的图像大约持续4s,然后消失;接着在12s之后,被试会被要求回忆斜杠的角度。在另一种条件中下,被试会看到一团向同一方向移动的点,然后他们会被要求回忆点团移动的具体角度。

试验流程图—原论文

柯蒂斯说:“我们预测被试会将复杂的刺激物(如光栅和移动的点的角度)重新编码成一种更加简单以及和任务更加相关的东西。”因为在实验中被试仅仅被要求去注意斜杠的朝向或者移动点团的运动,所以研究者假设被试的脑部活动只会反映在那些图像中和以上刺激相关的具体特点。

这确实是研究小组分析脑部扫描的数据时找到的结果。

研究者用计算模型将复杂的大脑活动可视化,绘制出了一张可以表示不同大脑细胞群组的活动高峰和低谷的“地形图”。处理视觉信息的每个脑部细胞都有具体的“感受野”,也就是刺激出现在此区域时大脑细胞会产生反应的视野的特定区域。研究小组将这些感受野的作用纳入他们的模型中。这些模型帮助研究小组去理解在被试屏幕上观察到的记忆任务的刺激材料如何与他们的脑部活动相关联。

群体感受野(pRF)图谱。—原论文

分析结果表明,与其说脑部编码了图像中所有的具体细节,大脑只储存了当前任务所需的相关信息。从“地形图”上看,用来编码信息的脑部活动看上就和(表征)一条简单的直线一样。这条线的角度的变化与被试看到的图像和光栅的朝向或者移动点团的运动的变化相对应。

这些和(表征)线条一样的脑部活动模式在两个地方出现:一个是视觉皮层,也就是大脑接收并处理视觉信息的地方;另一个是顶叶,一个处理和储存记忆的关键区域。

关键的并不是大脑如何用线条表征这些图像。尼说:“重要的是这些表征不同于光栅或者运动,它们是从光栅或者运动中被抽象出来的不同的东西。

-Zsolt Kaszanyicki-

尼提到,这个研究的一个局限性就是其使用过分简化的图像,而这些图像并不能很好地反映出真实世界中的视觉复杂性。许多工作记忆的研究中都存在这样的局限性,尼在自己的研究中使用的也是同样简单的图像。

尼说:“这个领域的研究需要运用更加丰富的刺激物以更好地对应我们的自然视觉经验,令实验室结果照进现实。尽管如此,新的研究仍然提供了一个新的视角,让我们了解到在头脑中暂时储存一段对未来有用的信息意味着什么。”

工作记忆在感知(也就是当我们读电话号码的时候)和行动(也就是当我们拨出那个号码的时候)之间架起了一座桥梁。尼说:“这项研究让我们首次得以一瞥介于感知和行动之间的神秘区域——一种不同于对知觉地表征,也不同于对即将采取的行动的表征,但却可以清晰地从视觉信号读取出来的表征形式。”

原文:

https://www.livescience.com/working-memory-secret-code

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英雄所见略同

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