映射視覺記憶的腦路徑 | MIT新聞

為什麼有些圖片更容易被記住？

近十年來，麻省理工學院 (MIT) 的計算機科學與人工智慧實驗室 (CSAIL) 研究團隊一直在探索為什麼某些圖片會在人們的記憶中持久存在，而許多其他圖片卻會淡忘。為了達成這個目標，他們著手研究大腦在識別視覺圖像時的時空動態。現在，科學家們首次結合了磁腦電圖 (MEG) 和功能性磁共振成像 (fMRI) 的優勢，精確地確定大腦在處理可記憶圖像時的時間和地點。

研究的內容

這項開放存取的研究本月發表在《PLOS Biology》上，使用了78對相同概念但記憶分數不同的圖片——一個是非常容易記住的，另一個則容易被遺忘。這些圖片展示了滑板、各種環境中的動物、日常物品如杯子和椅子、自然風景如森林和海灘，以及城市街道和建築的場景，還有不同表情的臉。研究發現，與之前的想法相比，更多的大腦區域參與了記憶的編碼和保持過程。

記憶的腦部特徵

麻省理工學院的電機工程與計算機科學博士生本傑明·拉赫納 (Benjamin Lahner) 說：“人們對某些圖片的記憶比其他圖片更好，即使它們的概念相似，比如不同的滑板場景。”他指出：“我們已經識別出一種視覺記憶的腦部特徵，這種特徵在看到圖片後約300毫秒出現，涉及到腹側枕葉皮層和顳葉皮層等區域，這些區域處理顏色感知和物體識別等信息。這個特徵表明，高度可記憶的圖片會引發更強烈和持久的腦部反應，特別是在早期視覺皮層等區域。”

記憶的持久性

高度可記憶的圖片在大約半秒內保持較高和持久的反應，而對於不太可記憶的圖片，反應則迅速減弱。拉赫納補充道，這一見解可能重新定義我們對於記憶形成和持久的理解。研究團隊認為，這項研究未來可能在早期診斷和治療與記憶相關的疾病方面具有潛力。

MEG/fMRI融合方法

這種MEG/fMRI融合方法是由CSAIL的高級研究科學家奧德·奧利瓦 (Aude Oliva) 開發的，能夠巧妙地捕捉大腦的空間和時間動態，克服了傳統方法在空間或時間特異性上的限制。這種融合方法還借助了機器學習技術，更好地檢查和比較大腦在觀看不同圖片時的活動。他們創建了一個“表徵矩陣”，這就像一個詳細的圖表，顯示了不同大腦區域的神經反應有多相似。這個圖表幫助他們識別出大腦處理我們所見的時間和地點的模式。

選擇圖片的過程

選擇概念相似的高低記憶分數圖片對於揭示記憶的見解至關重要。拉赫納解釋了如何聚合行為數據來為圖片分配記憶分數，他們策劃了一組多樣的高低記憶圖片，並在不同視覺類別中保持平衡的代表性。

研究的限制

儘管取得了進展，團隊也指出了一些限制。這項工作可以識別出顯著的記憶效應的大腦區域，但無法解釋這些區域在如何促進更好的編碼和檢索記憶中的作用。

未來的應用

奧利瓦說：“理解記憶的神經基礎為臨床進展開啟了令人興奮的途徑，特別是在早期診斷和治療與記憶相關的疾病方面。”他指出：“我們已經識別出記憶的特定腦部特徵，這可能成為阿茲海默症和其他癡呆症的早期生物標記。這項研究為針對個體神經特徵的創新干預策略鋪平了道路，可能會改變記憶障礙的治療方式，顯著改善患者的結果。”

外部專家的看法

芝加哥大學心理學助理教授威爾瑪·班布里奇 (Wilma Bainbridge) 說：“這些發現令人興奮，因為它們讓我們了解在看到某物和將其存入記憶之間大腦發生了什麼。”她補充道：“這裡的研究人員捕捉到了一種信號，反映了什麼是重要的記憶，什麼可以早期遺忘。”

研究團隊的成員

拉赫納和奧利瓦，後者也是麻省理工學院施瓦茨曼計算學院的戰略產業參與主任、MIT-IBM沃森人工智慧實驗室的主任，以及CSAIL的主要研究員，與西方大學的助理教授雅爾達·莫亨扎德 (Yalda Mohsenzadeh) 和約克大學的研究員凱特琳·穆林 (Caitlin Mullin) 一起參與了這篇論文。團隊感謝國家衛生研究院的共享儀器資助，他們的工作得到了海軍研究辦公室的Vannevar Bush教職員獎學金、國家科學基金會的獎勵、陸軍研究辦公室的多學科大學研究計劃獎勵以及EECS MathWorks獎學金的資助。他們的論文發表在《PLOS Biology》上。