Nat Neurosci：我们如何连续地感知世界？_当前独家

  • 商洛在线
  • 2023-06-19 10:11:57
  • 来源：哔哩哔哩

尽管我们是连续的感知世界，但经验将其分割为离散事件。理解它们需要整合成完整叙事。研究表明，啮齿动物空间模型构建时，此整合过程在离线神经重激活（offline neural reactivations）中进行。


(资料图片仅供参考)

近日，Avital Hahamy, Haim Dubossarsky & Timothy E. J. Behrens三人发现，人类理解叙事时也会重激活过去事件的神经表征，这在海马体及默认模式网络中选择性发生。这些数据表明，重激活可能是将时间距离信息（temporally distant information）整合入连续经验理解的候选机制。

他们的成果发表在最新一期的Nature Neuroscience杂志上，名为“The human brain reactivates context-specific past information at event boundaries of naturalistic experiences”。

论文阅读是一项复杂任务，你将尝试理解一系列构成叙述的词语。这些词语被大脑分解成离散的信息块——“事件”及其神经表示——“事件模型”。理解叙述不只是将信息流切分为事件并记忆，还需连接当前事件与背景的相关的过去事件。此一连串事件的整合机制，被称为“重播”（‘replay’），在啮齿动物身上已有研究观察。作者的研究旨在探寻大脑区域中，不仅刚结束的事件在事件边界（event boundaries）重播，且远期事件（temporally remote events）也会被重新激活，以理解当前情境。

事件边界重新激活能否结合现有经验与过去信息？借助参与者在观看电影或故事时的fMRI数据，作者探究了事件边界在voxel activity patterns中的过去场景表征。他们用相似性分析探查场景过渡与远期事件的关联度，抵消了对称的相似性，得到“重新激活指数”。此结果在两个独立fMRI数据集上得到验证。最后使用词重叠度检验场景再激活是否与理解当前场景最相关。图1是作者的研究思路。

图1. 研究分析思路

1.在事件边界重新激活远期事件

作者首次测试大脑中远期事件的重激活。与未来场景相比，事件边界的表征与过去场景的表征更相似（显著积极的重新激活指数）。其次，bilateral precuneus/retrosplenial cortex、Ang/LOC、后海马体等区域在各数据集中表现一致（图2a）。该发现在单一及汇总数据集中稳定（图4a显示数据集间重叠）。

图2. 在事件边界重新激活远期事件（within-participant）

2.重新激活的表征在介观尺度上具有结构

研究啮齿动物的重播通常以单细胞分辨率进行。相比之下，人类再激活的fMRI结果呈现为voxel-specific。作者发现，参与者间神经表征的场景在更粗的尺度上有共享，包括介观尺度（mesoscopic scales），其中功能解剖学是一致的。作者在考察重新激活是否也呈现在介观分辨率。不同于以前的研究，他们不仅测试场景表征是否共享，还测试单个大脑内事件边界的重新激活是否共享。

如图3a展示，分析揭示了参与者在特定脑区的重复激活（如上文所述的脑区，图2a, 4a底部）。图4b，c统计证实了这一复制。这表明有一组大脑区域在事件边界上可靠地重新激活远期事件，且这些再激活的表示不仅在单个大脑内明显，也在大脑间共享。

图3.在事件边界重新激活远期事件（between-participant）
图4.重新激活特定于事件边界——跨数据集的复制

3.重新激活特定于事件边界

作者验证了过去事件的再激活是否特定于事件边界。通过比较事件边界和相邻控制点的再激活指数，揭示了这一特异性（见图2b, 3b）。ROI在控制分析地图上展示巨大重叠。事件边界周围的再激活时间过程（TR）显示出the bilateral precuneus/retrosplenial cortex, Ang/LOC and bilateral posterior hippocampus的明显特异性。这些区域的再激活在事件边界后6-9秒达峰，符合BOLD反应。

作者还能量化ROI的特异性再激活时间过程，在统计学上验证两个独立复制结果的相同性。通过直接交叉验证（图4），发现两个独立数据集中的效果高度一致。元分析证实了这些结果。因此，再激活效果不仅特定于事件边界，且在数据集间高度复制。

4.重新激活是过去相关事件的选择性

作者建立了"词袋"（Bag-of-Words）模型，以向量表示每个单词出现的次数。这种方法允许他们创建上下文相似性矩阵，并用它来分析大脑中的神经事件边界。在Sherlock数据集中，一个广泛的脑网络（包括precuneus/retrosplenial cortex, Ang/LOC and hippocampus）通过上下文相似性显示了积极的再激活反应（图5a），表明在这些区域中，远期事件的重新激活与当前情境有关。作者通过独立ROI分析进一步验证这一发现，并在所有数据集和方法中观察到显著的上下文特异性再激活（图5c）。这些结果表明，大脑对过去相关信息的再激活是有选择性的。

图5.过去的相关事件优先在事件边界重新激活

结 论

作者期望读者通过本文建立一套关联网络，串联实验假设、研究发现和解读，不局限于方法部分。他们推测，读者在碰到事件边界（如段落末）时，海马体和DMN区域可通过选择性激活相关信息，形成此知识结构。若构建成功，读者能理解且记住此文，并可能应用于未来工作。

原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41593-023-01331-6
参考文献
1.Zacks JM, Speer NK, Swallow KM, Braver TS, Reynolds JR. Event perception: a mind-brain perspective. Psychological bulletin. 2007;133:273. - PMC - PubMed
2.Radvansky GA, Zacks JM. Event perception. Wiley Interdisciplinary Reviews: Cognitive Science. 2011;2:608–620. - PMC - PubMed
3.Zwaan RA, Radvansky GA. Situation models in language comprehension and memory. Psychological bulletin. 1998;123:162. - PubMed
4.Bird CM. How do we remember events. Current Opinion in Behavioral Sciences. 2020;32:120–125.
5.Stawarczyk D, Bezdek MA, Zacks JM. Event representations and predictive processing: The role of the midline default network core. Topics in Cognitive Science. 2021;13:164–186. - PMC - PubMed
编译作者：Ayden（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）

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