Nature子刊：新研究揭示大腦對語義和情景記憶的區(qū)分與處理機制

記憶是人類大腦儲存信息和反饋信息的能力。人類之所以能夠認識世界和改造世界，關(guān)鍵在于人類大腦有卓越的思維能力和記憶能力。Elon Musk所期望的有著記憶外掛存儲功能的人類增強（超人類）能否實現(xiàn)？大腦的記憶存儲位置在哪兒？大腦如何進行記憶分類檢索和控制？

近日，復(fù)旦大學(xué)和約克大學(xué)的合作團隊研究發(fā)現(xiàn)了與控制記憶提取相關(guān)的腦區(qū)，這些腦區(qū)輔助大腦完成認知控制功能。4月9日，相關(guān)研究成果以《不同需求的認知控制揭示了語義記憶和情景記憶提取共享的神經(jīng)機制》（“Varying demands for cognitive control reveals shared neural processes supporting semantic and episodic memory retrieval”）為題發(fā)表于《自然》雜志子刊《自然·通訊》（Nature Communications）。

大腦的長期記憶分為外顯記憶和內(nèi)隱記憶，其中外顯記憶包括語義記憶和情景記憶兩部分。語義記憶指對一般事實的概念性記憶，是一種客觀性的知識，與個人經(jīng)驗無關(guān)，而情景記憶記錄生活中所發(fā)生的特定事件，與個人經(jīng)歷息息相關(guān)，兩種記憶共同幫助我們了解并回應(yīng)周圍的世界。數(shù)十年的臨床和實驗研究表明，語義記憶和情景記憶存儲于兩部分相互獨立的大腦區(qū)域。

研究團隊設(shè)計了兩組相互獨立的實驗。第一組實驗使用功能性磁共振成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大腦在提取語義記憶和情景記憶時，一部分共同腦區(qū)的激活程度增強。

研究結(jié)果顯示：左側(cè)額下回（left inferior frontal gyrus, LIFG）、前島葉皮層（anterior insular cortex， aINS）都參與了弱關(guān)聯(lián)的語義和弱編碼的情景記憶的提取。

第二組大規(guī)模的個體差異性實驗進一步發(fā)現(xiàn)了一個共用的腦區(qū)環(huán)路，其中左側(cè)額下回和前島葉皮層與作為默認網(wǎng)絡(luò)的核心區(qū)域腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層（ventromedial prefrontal cortex，vmPFC）的功能連接減弱與兩種記憶提取的更好表現(xiàn)有關(guān)。

這兩組實驗結(jié)果揭示了輔助語義記憶和情景記憶提取的共有神經(jīng)環(huán)路，從而使得大腦能夠靈活地提取功能不同的長時記憶。

“記憶使我們理解世界并且更好地與周圍的世界靈活互動。盡管在大多數(shù)情況下，我們經(jīng)過記憶編碼可能足以應(yīng)付當前的工作。比如說記得為即將到來的度假旅行準備沙灘巾，但在為商務(wù)旅行整理行李等其他情況下，這種強烈的記憶可能無關(guān)緊要。因此，我們需要嚴格控制相關(guān)記憶的檢索，以解決不同情況下的不同任務(wù)。我們的結(jié)果表明，這種控制過程可能在語義記憶和情景記憶類型之間共享。”文章第一兼通訊作者、復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院青年研究員Deniz Vatansever介紹。

該研究表明，大腦中有一組共享的系統(tǒng)可能對日常人類使用語義記憶和情景記憶的提取起著重要控制作用，也就是說，我們的記憶系統(tǒng)可能依賴于共享的神經(jīng)機制。

文章共同作者約克大學(xué)心理學(xué)系Elizabeth Jefferies教授認為：“為了產(chǎn)生適當?shù)乃枷牒托袨椋覀儽仨氁愿叨褥`活的方式利用我們的記憶庫。這項新研究著重展示了大腦內(nèi)的控制過程，發(fā)現(xiàn)大腦如何能夠?qū)Σ怀Ｓ玫脑~匯或記憶不深的個人經(jīng)歷進行記憶和編碼。這種對記憶的控制使我們能夠發(fā)揮創(chuàng)造力，并隨著目標或環(huán)境的變化而進行適應(yīng)。”

該研究發(fā)現(xiàn)兩種不同類型的長期記憶在大腦中有著共同的存儲區(qū)域，并確認了額葉皮層能夠?qū)@些腦區(qū)進行認知控制，無論是對于神經(jīng)基礎(chǔ)研究和包括癡呆癥在內(nèi)的各種記憶障礙疾病研究都具有重要意義。

同時，找到長期記憶的存儲系統(tǒng)，可實現(xiàn)記憶數(shù)據(jù)庫的檢索和智能的信息知識管理，該發(fā)現(xiàn)有可能對新一代人工智能系統(tǒng)開發(fā)提供思路。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、上海市“腦與類腦智能基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究”市級科技重大專項以及歐洲研究委員會相關(guān)基金的支持。

Deniz Vatansever博士在劍橋大學(xué)認知與意識影像小組（The Cognition and Consciousness Imaging Group）獲得了臨床神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位，隨后加入了約克大學(xué)心理學(xué)系語義學(xué)與心智游移實驗室（Semantics and Mind-wandering Lab）開展博士后工作，現(xiàn)任復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院青年研究員。

其長期研究目標是揭示基于大腦的認知和行為自動機制，并將類腦智能應(yīng)用于下一代適應(yīng)系統(tǒng)的開發(fā)。將認知，比較，計算和臨床神經(jīng)科學(xué)的綜合方法應(yīng)用在物體和概念分類，基于價值的決策，神經(jīng)審美學(xué)和神經(jīng)可塑性等研究領(lǐng)域中，2019年獲批國家自然科學(xué)基金外國青年學(xué)者研究基金項目。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·通訊》、《神經(jīng)科學(xué)雜志》、《人腦圖譜》、《神經(jīng)影像》和《美國國家科學(xué)院院刊》等國際期刊。