記憶検索中の神経活動パターンが認知地図内の距離に応じて変化する

Core Concepts

記憶検索時の神経活動パターンは、学習された認知地図内の距離に応じて変化する。近接した項目ほど強く再活性化される一方で、遠隔の項目は弱く再活性化される。

Abstract

本研究では、参加者に10個の画像からなる有向グラフ構造を学習させ、その後の記憶検索時の脳活動を分析した。 学習段階では、参加者は試行錯誤的に画像の系列を学習した。記憶検索時には、提示された2つの画像から次の画像を選択する課題を行った。 脳活動の分析では、機械学習を用いて各画像に対応する神経活動パターンを抽出した。その結果、以下の知見が得られた: 正答試行では、提示された画像に近接した画像ほど強く再活性化される一方で、遠隔の画像は弱く再活性化される。この距離依存的な再活性化パターンは、誤答試行では見られない。 成績の低い参加者では、記憶検索時に画像の系列的な再活性化(リプレイ)が観察される一方で、成績の高い参加者ではそのような系列的なリプレイは見られない。代わりに、高成績者では同時的な画像の再活性化が観察される。 これらの結果は、記憶検索時には、学習された認知地図内の距離に応じた再活性化パターンと、系列的なリプレイの2つのメカニズムが機能していることを示唆している。成績の高い参加者では、認知地図内の関係性を活用した同時的な再活性化が、効率的な記憶検索に寄与していると考えられる。

Stats

正答試行では、提示された画像に近接した画像ほど強く再活性化される。 誤答試行では、画像の距離と再活性化強度の関係は見られない。 成績の低い参加者では、記憶検索時に画像の系列的なリプレイが観察される。

Quotes

"記憶検索時の神経活動パターンは、学習された認知地図内の距離に応じて変化する。" "近接した項目ほど強く再活性化される一方で、遠隔の項目は弱く再活性化される。" "成績の高い参加者では、同時的な画像の再活性化が観察される。"

Key Insights Distilled From

Reactivation strength during cued recall is modulated by graph distance within cognitive maps

by Kern... at www.biorxiv.org 08-02-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.07.31.551234v4

Deeper Inquiries

記憶検索時の同時的な再活性化と系列的なリプレイのメカニズムの違いは何か。

記憶検索時における同時的な再活性化と系列的なリプレイのメカニズムの違いは、主に情報の再活性化パターンの表現方法に関連しています。同時的な再活性化は、複数の記憶アイテムが同時に再活性化されることを指し、クラスター化された出現として現れます。一方、系列的なリプレイは、時間的に分離されたインスタンスとして順次再生されることを意味します。同時的な再活性化は、複数の関連する要素が同時に再活性化されることで、情報を一度に取得するメカニズムとして機能します。一方、系列的なリプレイは、情報を順次再生することで、過去の経験を再現し、記憶の再構築を支援します。

記憶と学習の過程で、これらの2つのメカニズムがどのように変化していくのか。

学習と記憶の過程において、同時的な再活性化と系列的なリプレイのメカニズムは、個々の記憶アイテムの再活性化方法に影響を与えます。学習段階では、情報が初めてエンコードされ、脳内の特定の神経活動パターンに変換されます。この段階では、情報がクラスター化された再活性化によって同時に再生されることが一般的です。一方、記憶の再構築時には、情報が系列的に再生されることがより一般的であり、特に低パフォーマンスの参加者において顕著です。したがって、学習段階では、情報が同時的に再活性化される傾向がありますが、記憶の再構築時には系列的なリプレイがより顕著になる傾向があります。

認知地図の構造的特徴(例えば、ノード数や接続性)が、記憶検索プロセスにどのような影響を及ぼすか。

認知地図の構造的特徴、特にノード数や接続性が、記憶検索プロセスに重要な影響を与えることが示唆されています。例えば、学習された情報がグラフ構造に埋め込まれている場合、再活性化の強度はグラフ上の距離によって変化する傾向があります。近いノードは遠いノードよりも強く再活性化されるため、情報のアクセスや検索プロセスが距離に応じて変化する可能性があります。また、グラフ構造が複雑で相互に接続されている場合、情報の再活性化やリプレイがより複雑になり、検索プロセスがより効率的に行われる可能性があります。したがって、認知地図の構造的特徴は、記憶検索プロセスの効率性や精度に重要な影響を与えることが考えられます。