发现大脑记忆奥秘：神经编码如何追踪叙事过往并预测细节记忆

为探究大脑如何表征情境依赖的时间结构以及神经图式表征与记忆的关系，蒂尔堡大学的 Silvy H. P. Collin 等人开展相关研究。结果发现多种神经代码，且仅图式代码与记忆正相关。推荐科研读者阅读，助力深入了解大脑记忆机制。

　　

来自蒂尔堡大学（Tilburg University）蒂尔堡人文与数字科学学院（Tilburg School of Humanities and Digital Sciences）的 Silvy H. P. Collin 等人，在《Communications Psychology》期刊上发表了题为 “Neural codes track prior events in a narrative and predict subsequent memory for details” 的论文。这篇论文在认知神经科学领域意义重大，它深入探讨了大脑如何处理和记忆复杂事件，为理解人类的认知和记忆机制提供了新的视角。

研究背景

在日常生活中，人们通过不断积累经验，逐渐形成了各种事件图式（event schema，指人们对特定情境下事件发生顺序和规律的认知框架 ）。比如，当我们去看电影时，知道要先购票、检票，然后入场找到座位观看影片，这一系列有序的步骤就是一种事件图式。而且在现实世界里，事件的发生往往具有一定的前后关联性，当前的感官观察并不足以准确预测未来，还需要结合近期发生的事情。就像看电影时，若看到角色站在公寓门口，仅这一画面很难判断他接下来的行动，但如果记得上一幕他在公寓里讨论找食物，就能更准确地推测他可能出门去觅食。

以往的功能性磁共振成像（fMRI，一种通过测量大脑血液含氧量变化来反映大脑活动的神经影像学技术 ）研究虽然发现大脑在学习依赖于上下文的序列任务时存在与过往经历相关的表征，但并未区分不同类型的历史依赖性表征，也不清楚这些表征如何影响对具体事件细节的记忆。尽管已有研究表明图式有助于编码特定事件细节，且神经图式表征强度与后续记忆有关，但仍不确定是否只有图式表征与细节记忆相关，还是其他类型的历史依赖性记忆表征也有类似作用。因此，开展这项研究很有必要，它能帮助我们更深入地了解大脑处理和记忆复杂事件的机制。

研究方法

研究团队进行了一项为期 2 天的功能性磁共振成像（fMRI）研究，招募了 44 名视力正常或矫正后正常、无听力障碍的参与者，最终 40 名参与者完成了整个研究。

研究材料是许多独特的婚礼动画视频，这些婚礼仪式中的虚构仪式来自一种新颖的（虚构的）文化，每个视频都配有独特的音频叙事。视频中的婚礼分为来自北方和南方两种虚构文化，虽然两种文化的婚礼包含相同的仪式，但仪式的过渡结构不同。例如，北方婚礼中，篝火仪式后总是接着抛硬币仪式，而南方婚礼中，篝火仪式后则是手持火炬仪式。

在实验过程中，第一天，参与者观看 24 个婚礼仪式视频（每个文化背景各 12 个），视频按特定顺序呈现，分为两个阶段，每个阶段包含 6 个来自同一文化背景的视频，两个阶段之间有 2 分钟休息。观看过程中，参与者会被问到预测下一个仪式的问题，以及关于前一个婚礼中特定细节的问题，以此来评估他们对仪式顺序的学习和注意力情况。第二天，参与者先进行 “遇见居民” 的预训练任务，熟悉新角色；接着观看 12 个新的婚礼仪式视频（南北文化交错呈现），观看过程中同样有预测问题；观看结束后进行线索回忆测试，参与者根据婚礼夫妇的照片和名字，回忆婚礼细节；最后进行图式学习测试，检验他们对仪式过渡的记忆。

研究人员使用了多种先进技术对采集到的数据进行处理和分析。在 MRI 数据采集方面，使用 3T Prisma 扫描仪收集功能数据和解剖数据。在数据预处理阶段，运用 fMRIPrep 1.2.321 等工具对数据进行处理，包括校正强度不均匀性、配准、去除头部运动伪影等。在数据分析时，采用表征相似性分析（RSA，一种通过计算神经活动模式之间的相似性来研究大脑如何表征信息的方法 ）的搜索 light 方法，分析大脑中不同区域对不同类型代码的表征情况，并通过计算相关系数来检验神经代码与记忆行为之间的关系。

研究结果

1. 参与者成功学习图式：通过对参与者在预测问题和图式学习测试中的表现进行分析，发现他们能够区分北方和南方的婚礼仪式顺序，这表明参与者确实学习到了两种文化背景下婚礼仪式的图式。

2. 多种神经代码表征事件序列
   

• 图式代码遍布大脑多个区域：研究人员预期不同的神经模式会对应北方或南方婚礼仪式，通过对比相同图式和不同图式的神经模式相似性，全脑 RSA 搜索 light 方法显示，在丘脑、苍白球、尾状核、后内侧皮层、海马体、海马旁回、梭状回、颞叶上下区域、颞极、额叶上区域等多个区域存在显著的图式代码（FDR 校正后）。

• 路径代码位于中央后回：预期不同的神经模式会对应四种不同的仪式序列（路径），通过对比同一图式内相同路径和不同路径的神经模式相似性，发现中央后回存在显著的路径代码（FDR 校正后）。

• 内侧枕叶区域存在旋转的先前仪式代码和当前仪式代码：预期先前仪式会以旋转（类似照片底片的反转形式）的方式被表征，同时当前仪式也会被表征。通过对比不同阶段仪式的神经模式，发现内侧枕叶区域在这两种代码上都呈现显著结果（FDR 校正后）。不过，这种结果也可能由旋转的即将到来的仪式代码解释，但进一步分析发现，该区域更符合编码旋转的先前仪式的假设。

• 特定区域分别编码旋转的先前仪式代码或当前仪式代码：通过析取分析，发现额叶上和中部区域存在仅编码旋转的先前仪式代码（不编码当前仪式代码）的区域；外侧枕叶区域存在仅编码当前仪式代码（不编码旋转的先前仪式代码）的区域。

3. 图式代码与记忆的关系：研究人员将神经代码强度与参与者的记忆表现进行相关性分析，发现只有神经图式代码的强度与后续情景记忆的两项测量指标（记忆婚礼仪式类型和记忆事件细节）显著相关，其他神经代码与行为测量指标的相关性均不显著。这表明在观看婚礼视频时，大脑中存在多种历史依赖性（和与历史无关的）神经代码，而只有图式代码与后续记忆表现呈正相关。

研究结论与讨论

在这项研究中，研究人员发现大脑以多种不同方式表征依赖于上下文的时间结构。抽象的图式代码（代表婚礼夫妇来自 “北方” 或 “南方” 文化）存在于多个脑区；中央后回表征婚礼的特定序列（路径）；内侧枕叶区域除了表征当前仪式外，还以旋转的方式表征先前仪式；外侧枕叶区域仅表征当前仪式；额叶上 / 中部区域仅表征先前仪式。在这些神经代码中，只有图式代码与参与者的记忆表现呈正相关，这为图式有助于构建独特情景细节记忆的观点提供了神经学支持。

与其他研究相比，该研究使用了新颖的图式，且控制了仪式内容在不同图式中的一致性，避免了内容差异带来的干扰。研究中发现的一些图式代码区域与以往研究重叠，但也有新的发现，如在岛叶发现了图式神经代码，不过目前还不清楚岛叶在此的具体作用。此外，该研究首次在复杂的视听叙事刺激中证明了旋转代码的存在，且其定位与以往使用简单刺激的研究不同，这可能与刺激的复杂性有关。

然而，该研究也存在一些局限性。实验设计方面，参与者被动观看序列，可能减少了使用前瞻性神经代码的动机；第一天对每个图式的初始接触量较少，且两天之间的间隔时间较短，不利于内侧前额叶皮层（mPFC）中图式表征的巩固，同时研究未涉及更高阶图式的研究。分析方法上，神经模式的时间平均处理可能对部分时间内活跃的代码不敏感，且对路径代码的分析假设神经代码在路径内完全稳定，可能忽略了代码的漂移现象。

尽管存在这些不足，这项研究仍为我们理解大脑如何编码复杂的时间扩展事件、为复杂事件提供心理结构以及这种结构如何帮助记忆特定情景细节提供了重要的见解。未来的研究可以在改进实验设计和分析方法的基础上，进一步深入探讨大脑的认知和记忆机制，为相关领域的发展提供更坚实的理论基础。