北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、IDG麥戈文腦科學(xué)研究所李晟課題組在最新一期Journal of Neuroscience發(fā)表題為“Complexity matters: Normalization to prototypical viewpoint induces memory distortion along the vertical axis of scenes” 的學(xué)術(shù)論文。該研究發(fā)現(xiàn)自然場(chǎng)景中信息復(fù)雜性的不對(duì)稱可以導(dǎo)致觀察者的場(chǎng)景記憶出現(xiàn)系統(tǒng)性偏差，研究利用fMRI和MEG的手段揭示了這種偏差出現(xiàn)在場(chǎng)景加工的早期階段。
感知與記憶真實(shí)世界的場(chǎng)景對(duì)空間導(dǎo)航和與周圍環(huán)境的互動(dòng)是至關(guān)重要的。然而，在對(duì)場(chǎng)景的記憶中，系統(tǒng)性失真卻相當(dāng)常見(jiàn)。人們可能會(huì)遺忘場(chǎng)景中的某些物體，憑空想起場(chǎng)景中并不存在的物體，或者錯(cuò)誤估計(jì)記憶中的空間大小。對(duì)記憶失真的研究可以幫助我們理解大腦如何存儲(chǔ)種類繁多的場(chǎng)景信息。
在該研究中，研究者發(fā)現(xiàn)被試對(duì)自然場(chǎng)景圖片的記憶出現(xiàn)了俯仰角（angle of view, AOV）偏差。在實(shí)驗(yàn)中，被試被要求判斷兩張連續(xù)呈現(xiàn)的場(chǎng)景圖片之間俯仰角的變化。但是事實(shí)上，這兩張圖片是完全相同的。因此，任何俯仰角發(fā)生變化的判斷反映了被試對(duì)第一張圖片記憶表征的偏差。如果被試做出了第二張圖片更向上傾斜的判斷，則表明第一張圖片的記憶出現(xiàn)了對(duì)下方視野信息的填補(bǔ)和對(duì)上方視野信息的丟失。
圖1：記憶偏差產(chǎn)生的示意圖。
首先，研究者計(jì)算了每張場(chǎng)景圖片在被試間的平均俯仰角記憶偏差得分。圖片俯仰角偏差得分的分布與隨機(jī)水平有顯著的不同，并且不同的被試在看到相同的圖片時(shí)，傾向于做出一致的選擇，說(shuō)明被試對(duì)場(chǎng)景圖片俯仰角的記憶出現(xiàn)了系統(tǒng)性偏差。這一偏差特異于圖片本身，被圖片自身的特征所影響。
圖2：行為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。上圖為行為實(shí)驗(yàn)范式。下圖為所有場(chǎng)景圖片的俯仰角偏差得分分布以及四張示例圖片的偏差得分。
因此，研究者進(jìn)一步對(duì)場(chǎng)景圖片的信息復(fù)雜性進(jìn)行了測(cè)量。復(fù)雜性指標(biāo)包括兩個(gè)方面，即低級(jí)視覺(jué)復(fù)雜性和高級(jí)客體復(fù)雜性。低級(jí)視覺(jué)復(fù)雜性描述了自然場(chǎng)景圖片在空間頻率和朝向上的信息熵，高級(jí)客體復(fù)雜性則描述了圖片中物體和類別信息的豐富程度?；貧w模型發(fā)現(xiàn)這兩種復(fù)雜性在圖片上下半?yún)^(qū)之間的不對(duì)稱性均能顯著預(yù)測(cè)被試的行為結(jié)果。該結(jié)果表明，場(chǎng)景記憶會(huì)向具有高復(fù)雜性的場(chǎng)景半?yún)^(qū)偏移。
圖3：復(fù)雜性的測(cè)量與回歸分析。上圖為復(fù)雜性的測(cè)量方法示意圖。下圖為俯仰角偏差的回歸模型，低級(jí)視覺(jué)復(fù)雜性與高級(jí)客體復(fù)雜性均能顯著預(yù)測(cè)行為偏差。
在神經(jīng)活動(dòng)層面，功能磁共振成像（fMRI）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)俯仰角偏差出現(xiàn)時(shí)，被試的雙側(cè)視覺(jué)區(qū)域V4的神經(jīng)活動(dòng)出現(xiàn)了顯著的增強(qiáng)。進(jìn)一步的解碼分析發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)景加工相關(guān)的腦區(qū)海馬旁回場(chǎng)景區(qū)（parahippocampal place area, PPA）和枕葉場(chǎng)景區(qū)（occipital place area, OPA）均參與了這一記憶偏差的形成過(guò)程。
腦磁圖（MEG）實(shí)驗(yàn)則從時(shí)間尺度上進(jìn)一步分析了俯仰角記憶偏差的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在第一張場(chǎng)景圖片出現(xiàn)約140毫秒后，被試的記憶偏差與場(chǎng)景圖片的低級(jí)視覺(jué)復(fù)雜性能夠被顯著解碼。這兩個(gè)神經(jīng)成像實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在時(shí)空維度上發(fā)現(xiàn)了場(chǎng)景記憶偏差與場(chǎng)景刺激早期加工之間的神經(jīng)關(guān)聯(lián)。
圖4 fMRI與MEG實(shí)驗(yàn)分析。上圖為fMRI實(shí)驗(yàn)的單變量與解碼分析結(jié)果。下圖為MEG實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
綜上，該研究發(fā)現(xiàn)了一種新的視覺(jué)記憶現(xiàn)象——俯仰角偏差效應(yīng)。俯仰角偏差受場(chǎng)景刺激自身的復(fù)雜性水平影響，并發(fā)生在場(chǎng)景信息加工的早期階段。這種記憶偏差可能幫助觀察者對(duì)場(chǎng)景中信息密度更高的區(qū)域進(jìn)行更精細(xì)的存儲(chǔ)，并對(duì)觀察者未來(lái)的行動(dòng)選擇有益。
李晟課題組的博士生吳奕忱為本文第一作者，李晟研究員為通訊作者。本研究獲得科技部科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1175-23.2024
2024-07-04