绘制视觉记忆的大脑通路

研究人员首次使用 MEG 和 fMRI 的组合来绘制被识别的视觉图像的时空人脑动态。

雷切尔戈登 | 白柴

麻省理工学院的研究人员发现，记忆力极强的图像在腹枕叶大脑皮层中具有更强烈和持续的反应，峰值约为 300 毫秒。概念上相似但容易被遗忘的图像很快就会消失。

图片来源：Alex Shipps/MIT CSAIL

近十年来，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室 (CSAIL) 的研究人员一直在努力探索为什么某些图像会留在人们的脑海中，而其他许多图像却会逐渐消失。为此，他们着手绘制识别视觉图像所涉及的时空大脑动态图。现在，科学家们首次利用脑磁图 (MEG)（可捕捉大脑活动时间）和功能性磁共振成像 (fMRI)（可识别活跃的大脑区域）的综合优势，精确确定大脑处理令人难忘的图像的时间和位置。

他们的开放获取研究于本月发表在《PLOS Biology》上，研究使用了 78 对图像，这些图像与同一概念相匹配，但记忆性得分不同——一组图像非常容易记住，另一组图像则容易忘记。研究人员向 15 名受试者展示了这些图像，其中包括滑板场景、各种环境中的动物、杯子和椅子等日常物品、森林和海滩等自然景观、街道和建筑物的城市场景以及表现出不同表情的面孔。他们发现，大脑区域网络比之前认为的更加分散，它们积极参与了记忆性所依赖的编码和保留过程。

“人们往往能更好地记住某些图像，即使它们在概念上相似，例如一个人滑板的不同场景，”麻省理工学院电气工程和计算机科学博士生、CSAIL 附属机构、这项研究的第一作者 Benjamin Lahner 说道。“我们已经确定了视觉记忆的大脑特征，该特征在看到图像后约 300 毫秒出现，涉及腹侧枕叶皮层和颞叶皮层的区域，这些区域处理颜色感知和物体识别等信息。该特征表明，高度记忆的图像会引发更强烈、更持久的大脑反应，尤其是在早期视觉皮层等区域，我们之前低估了这些区域在记忆处理中的作用。”

虽然记忆力强的图像会保持更强烈、更持久的反应，持续约半秒钟，但对记忆力较差的图像的反应会迅速减弱。拉纳阐述道，这一见解可以重新定义我们对记忆形成和持续的理解。该团队预计这项研究具有未来临床应用的潜力，特别是在记忆相关疾病的早期诊断和治疗方面。

MEG/fMRI 融合方法由 CSAIL 高级研究员 Aude Oliva 的实验室开发，能够熟练地捕捉大脑的空间和时间动态，克服了传统的空间或时间特异性限制。融合方法得到了机器学习朋友的一点帮助，可以更好地检查和比较大脑在查看各种图像时的活动。他们创建了一个“表征矩阵”，就像一张详细的图表，显示了不同大脑区域的神经反应有多么相似。这张图表帮助他们确定了大脑在何时何地处理我们看到的东西的模式。

挑选具有高和低记忆度得分的概念相似图像对是解锁这些记忆度见解的关键因素。 Lahner 解释了汇总行为数据以给图像分配记忆度得分的过程，他们精心挑选了一组多样化的高和低记忆度图像，并在不同的视觉类别中均衡呈现。

尽管取得了进展，但该团队指出了一些局限性。虽然这项研究可以识别出表现出显著记忆性效应的大脑区域，但它无法阐明这些区域如何有助于更好地编码/检索记忆。

“了解记忆力的神经基础为临床进步开辟了令人兴奋的途径，特别是在早期诊断和治疗记忆相关疾病方面，”奥利瓦说。“我们为记忆力确定的特定大脑特征可能成为阿尔茨海默病和其他痴呆症的早期生物标记。这项研究为根据个人神经特征进行精细调整的新型干预策略铺平了道路，有可能改变记忆障碍的治疗前景并显著改善患者的治疗效果。”

“这些发现令人兴奋，因为它们让我们了解了从看到某样东西到将其保存到记忆中这段时间大脑中发生了什么，”芝加哥大学心理学助理教授威尔玛·班布里奇（Wilma Bainbridge）表示，她没有参与这项研究。“这里的研究人员正在捕捉一种皮质信号，这种信号反映了哪些东西需要记住，哪些东西很容易被遗忘。”

Lahner 和 Oliva 也是麻省理工学院施瓦茨曼计算机学院战略行业参与主任、麻省理工学院-IBM Watson AI 实验室主任和 CSAIL 首席研究员，他们与西方大学助理教授 Yalda Mohsenzadeh 和约克大学研究员 Caitlin Mullin 一起撰写了这篇论文。该团队承认美国国立卫生研究院提供了一项共享仪器资助，他们的工作得到了 Vannevar Bush 教师奖学金（通过海军研究办公室资助）、国家科学基金会奖、多学科大学研究计划奖（通过陆军研究办公室资助）和 EECS MathWorks 奖学金的资助。他们的论文发表在PLOS Biology上。

(Reprinted with permission of MIT News http://news.mit.edu/)