最強大腦記憶宮殿 | 人腦在使用記憶術進行快速記憶時的神經表徵機制

本文轉自公眾號：北師大腦與認知科學

2021年8月28日北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室薛貴教授課題組在Cerebral Cortex在線發表了題為Hippocampal representations of event structure and temporal context during episodic temporal order memory的研究論文。研究發現記憶宮殿這一記憶術能快速有效提高時序記憶的準確性，並揭示了實現這一效果的兩個重要神經表徵機制：（1）海馬對時間和空間信息的多種聯合表徵，包括記憶宮殿的空間特徵和先後順序構成的事件結構（event structure），以及時間背景（temporal context）的表徵，為記憶提供重要的背景線索；（2）海馬對表徵的靈活轉換（transformation），從而減少記憶項目間的幹擾，提升記憶精度。

        

時序記憶是個體對事件發生順序的記憶，是我們正確理解世界並進行推理的重要基礎。記憶宮殿作為一種古老的記憶方法，它通過將要學的材料與頭腦中長期存儲、存在固定時空順序的記憶樁（如從宿舍到教室的一段路線中的幾個標誌性建築，從廚房到臥室的標誌性家具等）建立聯繫（如通過聯想的辦法）。大量的研究都發現它可以有效提高時序記憶的準確性，深入探究其背後的神經機制有助於理解人腦是如何表徵高度精確的時序記憶。 

圖1 記憶宮殿記憶術示意圖，其中海馬及其子區起到關鍵作用

（圖片由課題組博士生胡慧楠繪製）

 

通過為期五天的實驗，本研究首先訓練被試使用記憶宮殿記憶術對詞語進行編碼和提取，之後結合功能性核磁共振成像與多體素模式分析技術，深入探究了海馬及其子區在該記憶術中的表徵。在編碼階段，被試需要將記憶宮殿線路中的10個記憶樁與30個詞語捆綁（如美國自由女神像-「蘋果」，每個位置3個詞語），並在提取階段回憶回答呈現詞語的時間順序（圖2）。 

圖2 記憶宮殿及實驗設計

 

研究發現，海馬中存在事件結構的表徵，包括不同記憶樁的空間特徵和先後順序。其中旁海馬（PHC）及海馬子區CA1表徵記憶樁的空間特徵，而海馬子區CA23DG表徵這些記憶樁之間的距離。有趣的是，由於同一個記憶樁要捆綁三個不同的詞語，海馬子區CA1對神經表徵的模式進行了轉換，表現為在同一個位置的詞語的表徵相似性要低於在不同位置的詞語；類似地，為了區分相鄰位置的詞語，海馬子區CA23DG也對表徵的模式進行了轉換，表現為相鄰位置的詞語的表徵相似性要低於更遠距離的詞語的表徵相似性（圖3）。 

 

圖3 海馬對事件結構的表徵

 

同時，我們還發現海馬子區CA1中存在時間背景的表徵。在提取的時候，如果兩個詞語在學習的時候時間上更接近，則它們會表現出更相似的激活模式。這表明提取這些詞語時，它們的時間背景線索得到了重現（temporal context reinstatement）。

 

圖4 海馬對時間背景的表徵

      

Moser課題組2018年在Nature上發表文章揭示小鼠的外側內嗅皮層存在兩種對時間信息進行編碼的方式：（1）一系列事件先後發生在多個空間位置構成的事件結構信息；（2）單純隨時間變化的時間背景信息。本研究通過記憶宮殿記憶術，首次揭示了人腦在時序記憶中同時存在事件結構與時間背景表徵，擴展了Moser課題組的發現。同時，這個研究也有助於我們理解記憶術後面的奧秘。值得一提的是，雖然記憶術可以實現快速記憶，但由於其破壞了知識之間的內在聯繫，也阻礙了知識網絡的形成和知識的靈活應用。深入探索人腦快速形成精準記憶的機制，有助於我們發展更好的記憶方法。

 

該研究工作由北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室薛貴教授團隊完成。論文第一作者劉楚麒是國家重點實驗室在讀博士生，第二作者葉智方是國家重點實驗室畢業博士生，薛貴教授為本文的通訊作者。該研究得到了中國-以色列國際合作研究基金（31861143040），國家自然科學基金重點項目（31730038）等項目的資助。

 

文章連結：

Chuqi Liu, Zhifang Ye, Chuansheng Chen, Nikolai Axmacher, Gui Xue, Hippocampal Representations of Event Structure and Temporal Context during Episodic Temporal Order Memory, Cerebral Cortex, 2021; bhab304, 

https://doi.org/10.1093/cercor/bhab304

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編輯：Yezi

審閱：mingzlee7

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