大脑长期记忆的存储库在哪里?类脑研究院Deniz Vatansever 课题组揭示大脑对语义和情景记忆的区分与处理机制

作者:摄影: 视频: 来源:类脑人工智能科学与技术研究院发布时间:2021-04-15

记忆是人类大脑储存信息和反馈信息的能力,人类之所以能够认识世界和改造世界,关键在于人类大脑有卓越的思维能力和记忆能力。Elon Musk所期望的有着记忆外挂存储功能的人类增强(超人类)能否实现?大脑的记忆存储位置在哪儿?大脑如何进行记忆分类检索和控制?

近日,复旦大学类脑智能科学与技术研究院和约克大学的合作团队研究发现了与控制记忆提取相关的脑区,这些脑区辅助大脑完成认知控制功能。4月9日,相关研究成果以《不同需求的认知控制揭示了语义记忆和情景记忆提取共享的神经机制》(“Varying demands for cognitive control reveals shared neural processes supporting semantic and episodic memory retrieval”)为题发表于《自然·通讯》(Nature Communications)。

大脑的长期记忆分为外显记忆和内隐记忆,其中外显记忆包括语义记忆和情景记忆两部分。语义记忆指对一般事实的概念性记忆,是一种客观性的知识,与个人经验无关,而情景记忆记录生活中所发生的特定事件,与个人经历息息相关,两种记忆共同帮助我们了解并回应周围的世界。数十年的临床和实验研究表明,语义记忆和情景记忆存储于两部分相互独立的大脑区域。

研究团队设计了两组相互独立的实验。第一组实验使用功能性磁共振成像技术,发现大脑在提取语义记忆和情景记忆时,一部分共同脑区的激活程度增强。研究结果显示,左侧额下回(left inferior frontal gyrus, LIFG)、前岛叶皮层(anterior insular cortex, aINS)都参与了弱关联的语义和弱编码的情景记忆的提取。第二组大规模的个体差异性实验进一步发现了一个共用的脑区环路,其中左侧额下回和前岛叶皮层与作为默认网络的核心区域腹内侧前额叶皮层(ventromedial prefrontal cortex,vmPFC)的功能连接减弱与两种记忆提取的更好表现有关。这两组实验结果揭示了辅助语义记忆和情景记忆提取的共有神经环路,从而使得大脑能够灵活地提取功能不同的长时记忆。

“记忆使我们理解世界并且更好地与周围的世界灵活互动。尽管在大多数情况下,我们经过记忆编码可能足以应付当前的工作。比如说记得为即将到来的度假旅行准备沙滩巾,但在为商务旅行整理行李等其他情况下,这种强烈的记忆可能无关紧要。因此,我们需要严格控制相关记忆的检索,以解决不同情况下的不同任务。我们的结果表明,这种控制过程可能在语义记忆和情景记忆类型之间共享。”文章第一作者兼通讯作者、复旦大学类脑智能科学与技术研究院青年研究员Deniz Vatansever介绍,该研究表明,大脑中有一组共享的系统可能对日常人类使用语义记忆和情景记忆的提取起着重要控制作用,也就是说,我们的记忆系统可能依赖于共享的神经机制。

文章共同作者约克大学心理学系教授Elizabeth Jefferies认为:“为了产生适当的思想和行为,我们必须以高度灵活的方式利用我们的记忆库。这项新研究着重展示了大脑内的控制过程,发现大脑如何能够对不常用的词汇或记忆不深的个人经历进行记忆和编码。这种对记忆的控制使我们能够发挥创造力,并随着目标或环境的变化而进行适应。”

图1 与控制提取语义和情景记忆相关的神经回路:a) 研究显示,无论是语义记忆还是情景记忆,

提取弱关联记忆的表现程度与左侧额下回/前岛叶皮层(LIFG / aINS)团块

到腹内侧前额叶皮层(vmPFC)的低连通性呈正相关。

b) 使用Neurosynth数据库对该回归模型涉及的认知术语进行元分析解码,

词云显示了前100个最相关术语,术语文本大小对应关联强度。c) 在独立的种子点功能连接分析中, 

vmPFC与Yeo-7网络划分中的默认网络和边缘网络的脑区存在大量的正连接(r> 0),

而与突显网络、腹侧注意网络、背侧注意网络和额顶控制网络存在显著的负连接(r <0)。

该研究发现两种不同类型的长期记忆在大脑中有着共同的存储区域,并确认了额叶皮层能够对这些脑区进行认知控制,无论是对于神经基础研究和包括痴呆症在内的各种记忆障碍疾病研究都具有重要意义。同时,找到长期记忆的存储系统,可实现记忆数据库的检索和智能的信息知识管理,该发现有可能对新一代人工智能系统开发提供思路。

图2 Deniz Vatansever团队在复旦大学张江国际脑影像中心开展实验

Deniz Vatansever长期研究目标是揭示基于大脑的认知和行为自动机制,并将类脑智能应用于下一代适应系统的开发。将认知、比较、计算和临床神经科学的综合方法应用在物体和概念分类,基于价值的决策,神经审美学和神经可塑性等研究领域中。其相关研究成果发表于《自然·通讯》《神经科学杂志》《人脑图谱》《神经影像》和《美国国家科学院院刊》等国际期刊。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-22443-2

制图:实习编辑:边欣月责任编辑:李沁园

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