В течение почти десятилетия команда исследователей Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) пыталась выяснить, почему одни изображения сохраняются в сознании людей, а многие другие исчезают. Для этого они решили составить карту пространственно-временной динамики мозга, участвующей в распознавании визуального изображения. И теперь впервые ученые использовали объединенные возможности магнитоэнцефалографии (МЭГ), которая фиксирует время активности мозга, и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), которая идентифицирует активные области мозга, чтобы точно определить, когда и где мозг обрабатывает запоминающийся образ.
Их исследование в открытом доступе, опубликованное в этом месяце в ПЛОС Биология, использовали 78 пар изображений, соответствующих одной и той же концепции, но различающихся по показателям запоминаемости — одно очень запоминалось, а другое легко забыть. Эти изображения были показаны 15 испытуемым со сценами катания на скейтборде, животными в различных условиях, предметами повседневного обихода, такими как чашки и стулья, природными ландшафтами, такими как леса и пляжи, городскими сценами улиц и зданий, а также лицами с разными выражениями. Они обнаружили, что более распределенная сеть областей мозга, чем считалось ранее, активно участвует в процессах кодирования и сохранения, которые лежат в основе запоминаемости.
«Люди склонны запоминать некоторые изображения лучше, чем другие, даже если они концептуально схожи, например, разные сцены катания человека на скейтборде», — говорит Бенджамин Ланер, аспирант Массачусетского технологического института в области электротехники и информатики, филиал CSAIL и первый автор изучать. «Мы определили мозговой признак зрительной памяти, который возникает примерно через 300 миллисекунд после просмотра изображения и затрагивает области вентральной затылочной и височной коры, которые обрабатывают такую информацию, как восприятие цвета и распознавание объектов. Эта подпись указывает на то, что хорошо запоминающиеся изображения вызывают более сильные и устойчивые реакции мозга, особенно в таких областях, как ранняя зрительная кора, которую мы ранее недооценивали при обработке памяти».
В то время как хорошо запоминающиеся изображения сохраняют более высокую и устойчивую реакцию в течение примерно полсекунды, реакция на менее запоминающиеся изображения быстро снижается. Это открытие, как пояснил Ланер, может переопределить наше понимание того, как формируются и сохраняются воспоминания. Команда предполагает, что это исследование имеет потенциал для будущего клинического применения, особенно для ранней диагностики и лечения расстройств, связанных с памятью.
Метод слияния МЭГ/фМРТ, разработанный в лаборатории старшего научного сотрудника CSAIL Оди Олива, умело фиксирует пространственную и временную динамику мозга, преодолевая традиционные ограничения пространственной или временной специфичности. Методу слияния немного помог метод машинного обучения, который помог лучше изучить и сравнить активность мозга при просмотре различных изображений. Они создали «репрезентативную матрицу», которая похожа на подробную диаграмму, показывающую, насколько схожи нейронные реакции в различных областях мозга. Эта диаграмма помогла им определить закономерности того, где и когда мозг обрабатывает то, что мы видим.
Выбор концептуально схожих пар изображений с высокими и низкими показателями запоминаемости стал решающим фактором для раскрытия этих идей о запоминаемости. Ланер объяснил процесс агрегирования поведенческих данных для присвоения изображений запоминаемости, при этом они курировали разнообразный набор изображений с высокой и низкой запоминаемостью со сбалансированным представлением в различных визуальных категориях.
Несмотря на достигнутые успехи, команда отмечает несколько ограничений. Хотя эта работа может выявить области мозга, демонстрирующие значительные эффекты запоминания, она не может объяснить функцию этих областей в том, как они способствуют лучшему кодированию/извлечению из памяти.
«Понимание нейронных основ запоминания открывает захватывающие возможности для клинических достижений, особенно в диагностике и лечении нарушений, связанных с памятью, на ранних стадиях», — говорит Олива. «Конкретные характеристики мозга, которые мы определили для запоминаемости, могут привести к появлению ранних биомаркеров болезни Альцгеймера и других деменций. Это исследование прокладывает путь к новым стратегиям вмешательства, которые точно адаптированы к нейронному профилю человека, потенциально меняя терапевтический ландшафт нарушений памяти и значительно улучшая результаты лечения пациентов».
«Эти результаты впечатляют, потому что они дают нам представление о том, что происходит в мозгу между тем, как мы видим что-то, и сохранением этого в памяти», — говорит Вильма Бейнбридж, доцент кафедры психологии Чикагского университета, которая не участвовала в исследовании. «Исследователи улавливают кортикальный сигнал, который отражает то, что важно запомнить, а что можно забыть на раннем этапе».
Ланер и Олива, который также является директором по стратегическому взаимодействию с промышленностью в Вычислительном колледже Массачусетского технологического института им. Шварцмана, директором MIT-IBM Watson AI Lab и главным исследователем CSAIL, присоединяются к доценту Западного университета Ялде Мохсензаде и исследователю Йоркского университета Кейтлин Маллин. на бумаге. Команда признает общий грант на инструмент от Национальных институтов здравоохранения, а их работа финансировалась за счет стипендии факультета Ванневара Буша через грант Управления военно-морских исследований, награду Национального научного фонда, награду за инициативу многопрофильных университетских исследований через грант Армейского исследовательского управления. и стипендия EECS MathWorks. Их статья опубликована в ПЛОС Биология.