近期发表在Nature Human Behaviour上的一项研究揭示了人类工作记忆如何处理复杂信息序列。研究发现，工作记忆并非简单地存储信息，而是通过构建二维神经几何空间来层级化地表征信息。该空间的两个维度分别编码了信息在序列中的局部和全局位置，例如音节在词中的位置和词在序列中的位置。这种二维表征模式与记忆行为密切相关，并可能广泛应用于运动控制、推理等认知领域，为人工智能和类脑智能研究提供新思路。研究利用脑电图和磁电图记录了参与者记忆带有层级特性的字词序列时的神经活动，证明了工作记忆以动态、结构化的方式管理信息，为理解大脑认知机制提供了新的视角。

🤔研究发现，工作记忆并非简单地存储信息，而是通过构建二维神经几何空间来层级化地表征信息，该空间的两个维度分别编码了信息在序列中的局部和全局位置。

🧠研究采用了脑电图和磁电图实验，记录了参与者在记忆带有自然层级特性的字词序列时的神经表征模式，发现一维字词序列并非以一维链式形式存储，而是表征在一个二维神经几何空间中。

📊实验结果表明，参与者在记忆测试中的表现与他们大脑中的二维结构活动强度呈正相关，这种二维表征模式在不同的任务设置中均表现出一致性。

💡该研究为表明工作记忆利用动态的、结构化的方式层级化地管理信息提供了强有力的证据，对运动控制、推理、决策和规划等方面的研究提供了新见解。

🤖该研究成果也可能启发人工智能、类脑智能等领域的研究，推动相关领域的发展。

原创 集智编辑部 2024-11-20 23:06 北京

工作记忆在二维几何空间层级化表征信息的机制

关键词：神经科学，工作记忆，层级表征，神经几何

论文题目：Two-dimensional neural geometry underpins hierarchical organization of sequence in human working memory

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41562-024-02047-8

期刊名称：Nature Human Behaviour

在现代认知科学中，理解人类大脑如何处理和保存复杂信息序列一直是研究的热点。工作记忆不是被动地存储信息，而是通过积极构建和重组的方式进行表征，以灵活应对不同情境下的目标导向任务。近期发表在 Nature Human Behaviour 上的一项研究，揭示了工作记忆在二维几何空间层级化表征信息的机制。

本研究采用了脑电图和磁电图实验，记录了参与者在记忆带有自然层级特性的字词序列时的神经表征模式。在字词序列中，首先是音节序列组织成词，词又组织成更大的信息块。研究发现，一维字词序列并不是以一维链式的形式存储在工作记忆中，而是将信息表征在一个二维神经几何空间。该几何空间的两个维度，分别编码了局部位置（音节在词中的位置）和全局位置（词在序列中的位置）。此外，这种二维表征模式在不同的任务设置中均表现出一致性，并与记忆行为密切相关，即参与者在记忆测试中的表现与他们大脑中的二维结构活动强度呈正相关。

本研究利用语言材料固有的层级结构，展示了工作记忆中复杂序列的二维几何表示及其对行为的影响。广泛来说，为表明工作记忆利用动态的、结构化的方式层级化地管理信息，提供了强有力的证据。由于工作记忆广泛存在于认知各领域，这一“层级化”加工机制的发现，对运动控制、推理、决策和规划等方面的研究提供了新见解，也可启发人工智能、类脑智能等领域的研究。

图. 工作记忆中音节序列的表征几何模型。(a) 由三个三音节汉语单词组成的九音节语音序列的层级化组织例子。每个音节对应有一个全局位置和一个局部位置。(b) 工作记忆中神经表征方式的三个假设：一维链（音节均匀地分布），一维群簇（类似一维链，但词内神经距离更短）和二维层次化表征（单独的轴分别编码全局和局部信息）。(c) 实验1任务范式：被试需将一个9音节序列保留在工作记忆中，同步记录脑电。在记忆过程中，先呈现其中一个作为提示音节，再呈现中性视觉脉冲。受试者需报告提示该音节的全局和局部位置。(d) 参数化的表征几何模型表征不相似性分析流程，最佳模型支持二维层级化表征假设。

彭晨 | 编译

计算神经科学读书会

详情请见：计算神经科学读书会启动：从复杂神经动力学到类脑人工智能

推荐阅读

1. Nat. Commun. 速递：视觉情景记忆个体差异的神经功能基础

2. 你和ChatGPT理解语言的方式一样吗？从表征对齐角度比较人工神经网络与生物大脑

3. 神经网络结构复杂度及其功能表现：梯径理论与算法信息论

4. 张江：第三代人工智能技术基础——从可微分编程到因果推理 | 集智学园全新课程

5. 龙年大运起，学习正当时！解锁集智全站内容，开启新年学习计划

6. 加入集智，一起复杂！

点击“阅读原文”，报名读书会

阅读原文

跳转微信打开