Люди обладают способностью творчески комбинировать свои воспоминания, чтобы решать проблемы и получать новые идеи, процесс, который зависит от воспоминаний о конкретных событиях, известный как эпизодическая память. Но хотя эпизодическая память широко изучалась в прошлом, современные теории нелегко объяснить, как люди могут использовать свои эпизодические воспоминания, чтобы прийти к этим новым открытиям.
Результаты группы нейробиологов и исследователей искусственного интеллекта из DeepMind, Магдебургского университета Отто фон Герике и Немецкого центра нейродегенеративных заболеваний (DZNE), опубликованные в журнале Neuron 19 сентября, дают представление о том, как человеческий мозг связывает отдельные эпизоды воспоминания для решения проблем.
Например, представьте, что вы видите женщину за рулем машины на вашей улице. На следующий день вы видите мужчину, который едет на той же машине по вашей улице. Это может вызвать воспоминание о женщине, которую вы видели накануне, и вы могли бы подумать, что пара живет вместе, учитывая, что они делят машину.
Исследователи предлагают новый мозговой механизм, который позволил бы извлеченным воспоминаниям запускать извлечение дополнительных, связанных воспоминаний таким образом. Этот механизм позволяет извлекать несколько связанных воспоминаний, которые затем позволяют мозгу создавать новые виды понимания, подобные этим.
Вместе со стандартными теориями эпизодической памяти авторы постулируют, что отдельные воспоминания хранятся в виде отдельных следов в области мозга, называемой гиппокампом.
"Эпизодические воспоминания могут сказать вам, встречались ли вы раньше с кем-то или где припарковали машину," говорит Рафаэль Костер (@raphael_koster), исследователь DeepMind (@DeepMindAI). "Система гиппокампа поддерживает этот тип памяти, который имеет решающее значение для быстрого обучения."
В отличие от стандартных теорий, новая теория исследует забытую анатомическую связь, которая выходит из гиппокампа в соседнюю энторинальную кору, но затем немедленно возвращается в. Исследователи полагают, что именно эта повторяющаяся связь позволяет воспоминаниям, извлеченным из гиппокампа, запускать извлечение дополнительных, связанных воспоминаний.
Исследователи разработали способ проверки этой теории, взяв функциональные МРТ-снимки с высоким разрешением 7 Тесла у 26 молодых мужчин и женщин, выполняющих задание, которое требовало от них анализа отдельных событий.
Добровольцам были показаны пары фотографий: одна с изображением лица, другая с предметом или местом. Каждый отдельный объект и место появлялись в двух отдельных парах фотографий, каждая из которых включала разные лица. Это означало, что каждая пара фотографий была связана с другой парой через общий объект или изображение места.
На втором этапе эксперимента исследователи проверили, могут ли участники сделать вывод о косвенной связи между этими связанными парами фотографий, показывая одно лицо и предлагая участникам выбрать между двумя другими лицами. Один из вариантов – правильный – был связан с одним и тем же изображением объекта или места, а другой – не.
Исследователи предположили, что представленное лицо вызовет поиск парного объекта или места и, таким образом, вызовет мозговую активность, которая перейдет из гиппокампа в энторинальную кору. Важно отметить, что исследователи также ожидали увидеть доказательства того, что эта активность затем перейдет обратно в гиппокамп, чтобы запустить восстановление правильного связанного лица.
"Используя специальные методы, разработанные в нашей лаборатории в Магдебурге, мы смогли выделить части энторинальной коры, которые обеспечивают вход в гиппокамп," говорит И Чен, исследователь из Университета Отто фон Герике. "Это позволило нам точно измерить паттерны активации на входе и выходе гиппокампа по отдельности."
Исследователи обучили компьютерный алгоритм различать активацию сцен и объектов в этих областях ввода и вывода. Затем алгоритм применялся, когда на экране отображались только лица. Если алгоритм указывал на наличие сцены или информации об объекте в этих испытаниях, он мог управляться только извлеченными воспоминаниями о связанной сцене или фотографиях объекта.
"Наши данные показали, что когда гиппокамп извлекает воспоминания, он не просто передает их остальной части мозга," говорит Даршан Кумаран из DeepMind (@dharshsky). "Вместо этого он рециркулирует активацию обратно в гиппокамп, вызывая извлечение других связанных воспоминаний."
Исследователи рассматривают результаты алгоритма как синтез новой и старой теорий.
"Результаты можно рассматривать как лучшее из обоих миров: вы сохраняете способность запоминать индивидуальные переживания, сохраняя их раздельно, и в то же время позволяя объединять связанные воспоминания на лету в точке извлечения," говорит Кумаран. "Эта способность полезна для понимания, например, как различные части истории сочетаются друг с другом – что невозможно, если вы просто извлечете одно единственное воспоминание."
Авторы считают, что их результаты могут помочь искусственному интеллекту учиться быстрее в будущем.
"Хотя есть много областей, в которых ИИ превосходит, люди все же имеют преимущество, когда задачи зависят от гибкого использования эпизодической памяти," говорит Мартин Чедвик (@MartinJChadwick), другой исследователь DeepMind. "Если мы сможем понять механизмы, которые позволяют людям это делать, есть надежда, что мы сможем воспроизвести их в наших системах искусственного интеллекта, предоставив им гораздо больше возможностей для быстрого решения новых проблем."