科研专栏
脑科学初探:知识的形成机制
来源:澳门威利斯人官方网站 时间: 2017-09-28???? 作者:

知识是如何形成的呢?这是一个很深奥的问题。换一个问法,我们如何把离散的情景记忆转化为结构化的信息呢?为了探究这个问题,来自纽约大学的研究者设计了一组实验,实验结果对“知识是如何形成的”这一问题给出了一些初步的解释。

该研究共招募了22名健康的年轻受试者,每名受试者都参与了两次的实验。在第一次实验中,受试者首先接受了静息态fMRI扫描,然后接受记忆编码的任务态fMRI扫描,再接受静息态fMRI扫描,最后接受回忆的任务态fMRI扫描。第二次的实验在一周后进行,实验内容仅包含回忆的任务态fMRI扫描。

 

 

在记忆编码的实验中,实验者会呈现128种不同的物体(键盘、雨伞等)和4种不同的场景(城市、沙滩、雨林和卧室)给受试者,物体和场景会配对出现(如键盘和沙滩一起出现,雨伞和雨林一起出现等)。在回忆实验中,受试者只能看到物体,并选择这个物体是跟哪个场景一起出现的。

 

 

在第一次回忆任务中,受试者的正确率是94.2%,在一周后的第二次回忆任务中,受试者的正确率是54.1%,这是合理的,毕竟过了一周的时间,总会忘掉一些,但两次任务的正确率均高于随机概率(25%)。

研究者把128个物体分为了两组,一组共享了场景信息(overlapping),一组没有共享场景信息(non-overlapping)。由于内侧前额皮层(medial prefrontal cortex, mPFC)在回想固化的记忆及由记忆编码和回想引起的记忆整合中起到重要的作用,海马(hippocampus)则在记忆的形成、巩固和回忆中扮演着的重要的角色,因此,研究者分析了 mPFC和海马在第一次和第二次回想任务中的活动。

 

 

研究者发现,mPFC对于刚刚记下的overlapping组和non-overlapping组的物体的反应相似度是一致的,而对记下一周的overlapping组的反应相似度要显著地高于non-overlapping组。这表明,随着时间的推移,mPFC对相似情景的神经活动模式会因为记忆的共享而整合。

 

 

通过分析海马在两次回忆任务中的活动,研究者发现,海马对记下一周的overlapping组的反应相似度有高于non-overlapping组的趋势。研究者又将海马分成海马前部(anterior hippocampus)和海马后部(posterior hippocampus)进行进一步的分析。之前的研究表明,海马前部更多的参与了计算整合,而海马后部则主要负责环境特异性的表征。通过分析发现,海马后部对overlapping组的反应相似度随着时间的推移而显著地增高,而海马前部对non-overlapping组的反应相似度随着时间的推移而显著地降低。

 

 

过去的研究发现编码——回想相似度(encoding-retrieval similarity, ERS),即编码时的神经活动模式和回想时的神经活动模式的相似度可以表征一段记忆是否被成功的回忆起来。本研究的结果表明,记忆会随着时间的推移而重组,那么,这些在编码过程的神经活动模式在回想中是否能够被唤起呢?由于右侧海马主要负责情景记忆的回想,因此,研究者分析了右侧海马的ERS与回想相似度之间的关系。分析结果表明,对于比较久(一周)的记忆,一个物体的右侧海马的ERS越高,与其有overlap的物体和与其没有overlap的物体的回想相似度之间的差异越小。这表明,随着时间的推移,如果一个记忆的神经活动模式与初始编码时类似,那么这个记忆就不大容易被整合到相关的记忆中。

 

 

通过分析静息态fMRI数据,研究者发现,对于记得比较久的情景,海马前部和mPFC的连接度与回想相似度呈正相关。也就是说,学习后的脑区连接度的改变很可能反映了长期记忆的固化机制。

 

 

综上所述,该研究发现相关记忆的神经活动模式会随着时间的推移而融合,这种编码模式的重组很可能在结构化的知识的形成中起到重要的作用。

 

参考文献:
Alexa Tompary, Lila Davachi. Consolidation Promotes the Emergence of Representational Overlap in the Hippocampus and Medial Prefrontal Cortex [J]. Neuron, 2017.

 

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