概要
記憶と知覚は完全に異なる経験のように見え、神経科学者は以前、脳がそれらを異なる方法で生成したと確信していました. しかし、1990 年代の神経画像研究では、感覚知覚の間だけ活動すると考えられていた脳の部分が、記憶の想起中にも活動していることが明らかになりました。
「それは、記憶表現が実際に知覚的表現とまったく異なるかどうかという問題を提起し始めた. サム・リング、神経科学の准教授であり、ボストン大学の視覚神経科学研究所の所長です。 たとえば、美しい森の空き地の記憶は、以前にそれを見ることを可能にした神経活動の再創造にすぎないのでしょうか?
「議論は、感覚皮質の関与さえあるかどうかについてのこの議論から、『ああ、ちょっと待って、何か違いはありますか?』ということへと変化しました」と彼は言いました。 クリストファー·ベイカー、学習と可塑性ユニットを運営する国立精神衛生研究所の研究者。 「振り子は一方から他方へと揺れましたが、振りすぎです。」
記憶と経験の間に非常に強い神経学的類似性があるとしても、完全に同じではないことはわかっています。 「人々はそれらの間で混乱することはありません」と言いました セッラ ファビラ、コロンビア大学のポスドク科学者であり、最近の主執筆者 ネイチャー·コミュニケーションズ 勉強。 彼女のチームの研究は、記憶とイメージの知覚が神経学的レベルで異なって組み立てられる方法の少なくとも XNUMX つを特定しました。
ぼやけたスポット
世界を見ると、世界に関する視覚情報が網膜の光受容体を通って視覚野に流れ込み、そこでニューロンのさまざまなグループで順次処理されます。 各グループは、画像に新しいレベルの複雑さを追加します。単純な光の点が線とエッジに変わり、次に輪郭、形状、そして私たちが見ているものを具現化するシーンを完成させます.
新しい研究では、研究者はニューロンの初期グループで非常に重要な視覚処理の機能に焦点を当てました。 画像を構成するピクセルと輪郭は、正しい場所にある必要があります。そうしないと、脳が、私たちが見ているもののシャッフルされた認識できない歪みを作成します.
研究者は、ダーツボードに似た背景上の XNUMX つの異なるパターンの位置を記憶するように参加者を訓練しました。 各パターンは、ボード上の非常に特定の場所に配置され、ボードの中央にある色に関連付けられています。 各参加者は、この情報を正しく記憶していることを確認するためにテストされました。たとえば、緑色の点を見た場合、星の形が左端にあることがわかりました。 次に、参加者がパターンの位置を認識して記憶するにつれて、研究者は脳の活動を記録しました。
脳スキャンにより、研究者は、ニューロンが何かがどこにあるかを記録した方法と、後でそれをどのように記憶したかをマッピングすることができました。 各ニューロンは、左下隅など、視野の広がりにある XNUMX つの空間、つまり「受容野」に関与しています。 ニューロンは、「その小さな場所に何かを置いたときにのみ発火します」と Favila 氏は述べています。 空間内の特定の場所に調整されたニューロンはクラスター化する傾向があり、脳スキャンでその活動を簡単に検出できます。
視覚に関するこれまでの研究では、初期の低レベルの処理にあるニューロンの受容野は小さく、後期の高レベルのニューロンは受容野が大きいことが確立されていました。 これは、上位層のニューロンが多くの下位層のニューロンからの信号をコンパイルし、視野のより広いパッチにわたって情報を取り込むため、理にかなっています。 しかし、受容野が大きいということは、空間精度が低くなることも意味し、地図上で北アメリカの上に大きなインクの塊を置いてニュージャージーを示すような効果を生み出します。 実際、知覚中の視覚処理は、小さなくっきりした点が、より大きくぼやけたがより意味のある塊に変化する問題です。
しかし、Favila と彼女の同僚が、視覚野のさまざまな領域で知覚と記憶がどのように表現されているかを調べたところ、大きな違いがあることがわかりました。
参加者がイメージを思い出したとき、視覚処理の最高レベルの受容野は、知覚中と同じサイズでしたが、受容野は、精神的なイメージを描く他のすべてのレベルを通してそのサイズのままでした. 記憶されたイメージは、どの段階でも大きなぼやけた塊でした。
これは、画像のメモリが保存されたときに、その最高レベルの表現のみが保持されたことを示唆しています。 記憶が再び体験されると、視覚野のすべての領域が活性化されましたが、それらの活動は入力としての精度の低いバージョンに基づいていました.
そのため、情報が網膜から来るのか、記憶が保存されている場所から来るのかによって、脳はそれを非常に異なる方法で処理および処理します. 元の認識の正確さの一部は、記憶の途中で失われ、「魔法のように元に戻すことはできません」と Favila 氏は述べています。
この研究の「本当に素晴らしい」側面は、研究者が、見ているものを報告するために人間の被験者に頼るのではなく、脳から直接記憶に関する情報を読み取ることができたことです. アダム・スティール、ダートマス大学の博士研究員。 「彼らが行った実証研究は、本当に素晴らしいと思います。」
機能かバグか?
しかし、記憶がこのように「ぼんやり」して思い起こされるのはなぜでしょうか? それを調べるために、研究者たちは、受容野のサイズが大きくなるさまざまなレベルのニューロンを持つ視覚野のモデルを作成しました。 次に、逆の順序でレベルを介して信号を送信することにより、誘発された記憶をシミュレートしました。 脳スキャンの場合と同様に、最大の受容野を持つレベルで見られる空間的なぼやけは、残りのすべてを通して持続しました。 これは、記憶されたイメージが視覚系の階層的な性質のためにこのように形成されることを示唆していると、Favila 氏は述べています。
視覚系が階層的に配置されている理由についての XNUMX つの理論は、視覚系が物体認識に役立つというものです。 受容野が小さければ、脳は視野にあるものを理解するために、より多くの情報を統合する必要があります。 そのため、エッフェル塔のような大きなものを認識するのが難しくなる可能性がある、と Favila 氏は述べています。 「ぼやけた」記憶イメージは、「オブジェクト認識などに最適化されたシステムを使用した結果」である可能性があります。
しかし、「それが機能なのかバグなのか」は明らかではありません. トーマス・ナセラリス、ミネソタ大学の准教授。 彼はこの新しい研究には関与していませんが、2020 年の研究で、知覚と記憶が脳内で大きく異なるように見えるという同様の結論に達しました。 彼は、おそらく知覚と記憶を区別するのに役立つという点で、違いが有利であるという考えを支持しています。 「情景イメージのすべての詳細と正確さを頭の中でイメージしている人は、簡単に混乱する可能性があります」と彼は言いました。
ぼやけは、不要な情報の保存を防ぐのにも役立ちます。 おそらく重要なことは、各ピクセルが視野のどこに位置するかを覚えておくことではなく、そのピクセルが家族や友人に属していることだと Favila 氏は述べています。
「視覚系が非常に詳細で鮮やかで正確な画像を生成できないわけではありません」と Naselaris 氏は言います。 たとえば、睡眠と覚醒の間の「入眠状態」にあるときなど、人々は非常に鮮明な視覚的イメージを報告しています。 脳は「起きている時間には活動しない傾向があります」。
Favila と彼女のチームは、形や色など、視覚記憶の他の側面でも同様の処理が行われるかどうかを調べたいと考えています。 彼らは、知覚と記憶のこれらの違いがどのように行動を誘導するかを特に熱心に調べています。
知覚と記憶は「違います。 記憶がどのように表現されるかを理解するには、それらの違いを正確に特定することが重要です」と Favila 氏は述べています。 違いは「ずっとデータに潜んでいた」ものでした。
