生命是一场流动的盛宴，大脑如何分割并记住其中的片段事件？事件之间的联系如何影响大脑的记忆？在近日发表于 Nature Communications 的论文“从自然事件的网络结构预测记忆”中，约翰·霍普金斯大学的研究者使用大规模人群实验、自然语言处理和网络模型等跨学科方法，发现一段记忆是否稳固、能否被唤醒，取决于它们在事件网络中的位置，具有更高语义和因果联系的事件能更好地被记忆。
研究领域：记忆，网络中心度，网路结构，认知科学
论文题目：Predicting memory from the network structure of naturalistic events
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31965-2
事件间的连接对记忆的编码和检索都有好处。在编码时，与许多其他事件具有强连接的事件，可能由于与其它事件的连接经常被重新激活，形成鲁棒且一致的表征。在检索时，具有许多连接的事件更有可能被其他事件提示，从而提高了它们的可访问性。
之前的研究表明，形成因果链的陈述比孤立的陈述更容易被记住，而且对一个陈述的记忆准确度随着因果连接的数量而增加。陈述之间的因果关系还可以预测读者对某一陈述的重视程度，以及他们对叙述要点的判断。
该研究的创新在于使用以前无法进行的神经影像学方法，研究事件组成的网络结构与大脑对事件记忆的表征编码和提取之间的关系。除了测试因果关系造成的影响之外，该研究还利用自然语言处理技术，量化复杂事件的文本描述之间语义相似性对记忆带来的影响。这些非因果（语义）关系，基于事件之间的重叠及意义共享，可能构成一个以前未被充分探索的途径，通过事件间的连接增强记忆。
研究中，被试被播放多段卡通影片，每段影片描述的场景，经由谷歌的通用句子编码器被转换为一串类似词向量的表征。两个句子对应的向量距离越小，两个句子描述的场景越相似。之后根据语义相似性矩阵，以每一个影片为结构构建事件网络（图1a所示）。
受试者观看10段影片，不同影片对应的叙事网络如图1b所示，影片中事件位于语义网络中心度的折线图如1c所示。研究者在观看影片及回答是否记起问题时，大脑的 fMRI 数据会被记录。
图1. 实验方案的设计过程，不同影片的叙事网络结构和语义中心度折线图
在播放影片后，研究者考察被试者能回忆起哪些场景，发现不论场景之间是否有因果关系（由作者独立构建的描述叙事之间因果关系的网络评价），节点中心度高的场景被记起的概率更高（图2所示）。
叙事网络中心性不仅预示着对电影事件的成功记忆，还能预测与看电影和回忆有关的大脑反应。通过全脑一般线性模型（GLM）分析，发现在回忆期间，被高中心性事件激活程度更高的脑区是默认神经网络（default mode network，DMN）及双侧海马区域，这些脑区差异表明，对高中心性事件的回忆具有更丰富的细节。
图2：（a，c）语义和因果网络中节点中心度和被回忆的概率的散点图；（b，d）将节点按照中心度分为高低两组，每名受试者回忆起对应事件的概率及人群均值
默认神经网络的神经模式不仅反映了每部电影中个别事件的特定情况，还反映了它们在回忆过程中的语义关系。通过全脑表征相似性分析（whole-brain representational similarity），可将基于事件的文本描述（即来自影片注释的句子向量）得到的语义相似性矩阵，与基于回忆期间神经反应的相似性矩阵相关联，发现语义相似性和神经相似性之间呈正相关关系的脑区，主要是位于后内侧皮质（PMC）的默认神经网络区域。
图3：通过全脑表征相似性分析，发现与语义相似性对应的脑区主要是位于后内侧皮质（PMC）的默认神经网络区域。
通过在不同受试者脑区之间的相似性分析，发现受试者中后内侧皮质的脑区相似性与处于语义中心性较高的事件的相关性更高，而在视觉区域，受试者脑区间的相似性，相比处于低语义中心度的事件，与高语义中心度的事件的相关性反而更低。这意味着高语义中心性事件在支持情境模型表征的、具有较高抽象层级的联想区域内（而不是感觉控制区域），以更可靠和收敛的方式在大脑中被表征。
图4：在观看视频时，比较后内侧皮质区域（图e）与视觉神经的激活区域（图f），对于在语义相关性网络中，位于高中低三种类型事件的相关性。图中每个线代表一名受试者，黑线为均值。
之前脑科学研究的共识是，海马体在将连续叙事编码为离散事件方面起着至关重要的作用，海马体的激活在影片事件的开始处增加，激活程度预示着随后事件的记忆和神经的再激活。通过测量位于事件边界的海马体血氧水平依赖性，发现在事件发生之时，海马体对于高语义中心度的事件比低语义中心度的事件反应程度更高（图5a）；相比之下，在事件发生后，海马体对于高语义中心度事件（即在事件完全展开之前，其语义内容完全不同）与低语义中心度事件的反应没有显著差异（图5b）。更强的海马体事件偏移反应可预测受试者对事件的回忆率更高。这些结果表明，事件之间的丰富联系导致更强的海马体介导的编码。
图5：语义中心性对海马体事件边界反应的影响，a对应事件发生之时，b对应事件发生之后。
该研究应用自然语言模型和神经影像技术，证明在复杂的现实经验中，事件之间的丰富联系可以防止遗忘，并预测与成功的记忆编码相关的神经反应，以及在回忆过程中大脑活动的特性。考虑事件间结构对现实世界记忆的影响可能有益于实际应用，例如为老龄人群开发记忆干预措施，或促进教育环境中的学习效率。此外，该研究表明，能捕捉事件内部相互关系的整体指标可能对于人脑学习、记忆与理解的模型是有意义的，特别是当这些模型以越来越复杂的方式解释现实世界中的经验时。
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