记忆的基本过程,科学家们揭示了记忆是如何被储存的:工作记忆的格式

纽约大学的一个科学家团队发现了工作记忆是如何“格式化”的--这一发现增强了我们对视觉记忆如何存储的理解。“几十年来,研究人员一直想知道支持我们工作记忆的神经表征的性质,”纽约大学心理学和神经科学教授、论文的资深作者 Clayton Curtis解释说,该论文发表在《神经元》杂志上。“在这项研究中,我们使用了实验和分析技术来揭示大脑中工作记忆表征的格式。”

科学家们揭示了记忆是如何被储存的:工作记忆的格式

短时间内存储信息的能力,或 “工作记忆”,是我们大多数高级认知过程的基石,其功能障碍是各种精神和神经症状的核心,包括精神分裂症。

尽管它很重要,但我们对大脑如何储存工作记忆表征仍然知之甚少。

Curtis说:“尽管我们可以从大脑活动的模式中预测你的工作记忆的内容,但这些模式到底在编码什么,仍然是无法解释的。 ”

Curtis和研究合著者、纽约大学博士生Yuna Kwak假设,我们的大脑不仅抛弃了与任务无关的特征,而且还将与任务有关的特征重新编码为记忆格式,既高效又与感知输入本身不同。

几十年来,人们都知道我们把关于字母和数字的视觉信息重新编码为语音或基于声音的代码,用于语言工作记忆。例如,当你看到一串电话号码的数字时,你不会储存这些视觉信息,直到你拨完号码。相反,你会储存数字的声音(例如,当你在脑海中说出电话号码"867-5309"时,它听起来像什么)。然而,这只表明我们确实在重新编码--它并没有解决大脑如何格式化工作记忆表征的问题,而这正是新的《神经元》研究的重点。

科学家们揭示了记忆是如何被储存的:工作记忆的格式

为了探索这一点,实验人员在参与者执行视觉工作记忆任务时,用功能性磁共振成像(fMRI)测量了大脑活动。在每次试验中,参与者必须在几秒钟内记住一个短暂的视觉刺激,然后做出基于记忆的判断。在一些试验中,视觉刺激是一个倾斜的光栅,而在另一些试验中,它是一团移动的小点。在记忆延迟后,参与者必须准确地指出光栅倾斜的确切角度或点云运动的确切角度。

尽管视觉刺激的类型不同(光栅与点状运动),他们发现视觉皮层和顶叶皮层的神经活动模式--大脑中用于记忆处理和存储的部分--在记忆期间是可以互换的。换句话说,为预测运动方向而训练的模式也可以预测光栅的方向,反之亦然。

这一发现引发了一个问题:为什么这些记忆表征可以互换?

“我们推断,只有被测试的刺激物的任务相关特征被提取并重新编码为一种共享的记忆格式,也许采取的形式是一种抽象的线状物,其角度与光栅的方向或点运动的方向相匹配,”Curtis解释说。

为了测试这一假设,即参与者的记忆被记录成类似于线的模式--类似于想象一条线的某个角度--他们转向了一种新的方式来可视化大脑活动的模式。

研究人员利用每个皮质种群的接受领域模型,将皮质活动模式中编码的记忆模式投射到视觉空间的二维表示上。这种方法在参与者观看的显示器空间内创建了一个皮质活动的表示。这种方法使科学家们能够在屏幕坐标中看到受试者的皮质活动模式,揭示了运动和光栅刺激的线状表现。

Curtis解释说:“我们可以在地形图上看到与运动方向和光栅相应角度的活动线。”

这种新颖的可视化技术提供了一个机会,可以实际“看到”工作记忆表征是如何在神经群体中编码的。

具体来说,一条线(像指针或箭头)被用来代表运动的方向(如向上和向左)和倾斜的光栅的方向(如向上和向左)。这项任务要求受试者不要记住所有的运动点,而只记住点的运动方向的摘要。此外,它要求记忆光栅的角度,而不是光栅的所有其他视觉细节,如空间频率和对比度。因此,该方法能够分离出我们如何有选择地存储相关信息,同时丢弃不相关的内容。

“我们的视觉记忆是灵活的,可以是由它们指导的行为所驱动的我们所看到的抽象,”Curtis总结道。

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