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这项研究对于理解大脑记忆系统如何促进学习和决策具有重要意义

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如果春天或秋天的红色是红色的,那么Avid徒步旅行者会对由三片小叶组成的植物保持谨慎态度。世界各地的父母都知道,与就寝时间的接近程度以及与孩子的粗暴住宿之间存在着不稳定的关

远足者如何知道将叶子的颜色与季节联系起来以确定它是否是毒藤?父母如何知道将孩子的兴奋程度与孩子的兴奋程度联系起来,以确定睡前常规的成功与否?就像巴甫洛夫的狗在铃声响起时垂涎一样,人们通过在周围的细节之间形成联系以及发生的事情来学习识别有毒植物或防止幼儿疲惫的泪水。

来自亚利桑那州立大学和斯坦福大学的研究人员分析了人类大脑活动的模式,并发现了海马体(一种对记忆很重要的大脑区域)在学习过程中形成关联的先前未知的作用。该研究将于3月6日在Nature
Communications上发表。

这项研究对于理解大脑记忆系统如何促进学习和决策具有重要意义,坦普尔大学心理学助理教授Vishnu
Murty表示,他没有参与这项研究。研究结果可以帮助我们理解人群中决策缺陷的复杂性,其中焦点主要集中在记忆缺陷,如阿尔茨海默病,其他精神病理学障碍和正常衰老。

当人们学习时,他们建立特征之间的联系 – 比如一天中的时间和幼儿的情绪 –
来预测结果,比如粗暴是否会以泪水结束。

这些协会对行为有很大影响,伊恩巴拉德说,他最近从斯坦福大学获得神经科学博士学位,并且是该论文的第一作者。但在现实世界中,物体或事件是由多个特征或特征组合定义的,我们想要了解大脑如何在类似的特征配置上建立关联。为了解开大脑如何处理在这些复杂的现实世界信息上建立联想的问题,研究团队专注于一个看起来像蜗牛壳的小脑结构。

一个微小而强大的大脑区域

海马体的大小约为口香糖的三分之一,这种小脑结构对记忆形成至关重要。没有它,人们就无法形成关于事实或事件的新记忆,例如它是什么日子或同事的名字。在记忆形成期间,海马体代表事件的个别细节,例如您停放汽车的地方,尽可能彼此不同。

记忆的一个挑战是很难区分类似的体验。因此,如果你每天在工作中使用相同的停车库,你必须记住在一天结束时去哪个楼层和空间,塞缪尔说。麦克卢尔,亚利桑那州立大学心理学副教授和论文的高级作者。问题是很容易混淆你在不同日子停放的地方。海马体对于记住何时何地的组合至关重要。海马体如何形成记忆提供了一种机制,可以在大脑中表现出复杂的特征组合,但是小的盘绕结构是否真正有助于人们如何了解这个世界是一个悬而未决的问题。

为了确定海马体如何促成人们如何在现实世界中形成关联,研究人员设计了一项学习任务,要求参与者使用特征组合来预测结果是否会发生。在屏幕上依次出现一系列刺激图像,如单个面部或与建筑物配对的面部。然后参与者必须预测目标图像是否会出现在刺激图像之后。该任务的目标是尽可能快地响应出现的任何目标图像。只有两张刺激图片的组合,比如与联排别墅配对的面孔,可以用来预测目标何时出现。个体刺激,如面部图像,对自己预测无用。

当参与者完成任务时,研究团队使用功能磁共振成像(fMRI)来测量来自海马和其他已知参与学习的大脑结构的大脑活动。然后,研究小组检查了任务期间的活动模式,并注意到海马体内活动的一些有趣之处。它是唯一代表绑定在一起的刺激图像的大脑结构,这很重要,因为在任务上的成功需要形成关于组合的关联以准确地响应目标图像。

我们发现海马体具有独特的特征:面部和房屋不同于面部和房屋混合在一起,巴拉德说。

海马体学习的新方式

当研究小组研究海马体内的活动模式是如何与其他大脑区域相关时,他们发现海马活动与纹状体的活动密切相关。纹状体位于皮层下方,由三个独立的结构组成

  • 尾状核,壳核和伏隔核 –
    并且在学习预测理想结果的过程中起着重要作用。海马体形成了多种特征的联系,这些特征支持纹状体中关于环境中多种特征配置的学习,Ballard说。

纹状体在学习过程中如何处理信息是众所周知的,但所有信息的来源都是一个悬而未决的问题。Ballard补充说,这项研究开始通过显示海马体提供有关纹状体特征组合的信息并且该信息用于学习如何在该任务中取得成功来消除该问题。直到最近,大脑被认为具有独立的学习系统,但研究结果表明海马记忆系统和纹状体强化学习系统是相互关联的。

将大脑视为一个相互联系的结构非常重要,不同的部分可以共同发挥我们令人印象深刻的心理功能。神经科学和心理学在理解各个部分的工作方面做得很好。开始尝试弄清楚他们是如何开始合作的,麦克卢尔说。我们怀疑,了解正常和患病的心理功能需要弄清楚所有部分如何协同工作

  • 或不是。斯坦福大学心理学教授Anthony
    Wagner也参与了这项研究。这项工作得到了国家科学基金会的研究生研究奖学金和综合研究生教育与研究培训,以及斯坦福大学和亚利桑那州立大学的资助。

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