盡管我們是連續(xù)的感知世界，但經(jīng)驗將其分割為離散事件。理解它們需要整合成完整敘事。研究表明，嚙齒動物空間模型構(gòu)建時，此整合過程在離線神經(jīng)重激活（offline neural reactivations）中進行。

近日，Avital Hahamy, Haim Dubossarsky & Timothy E. J. Behrens三人發(fā)現(xiàn)，人類理解敘事時也會重激活過去事件的神經(jīng)表征，這在海馬體及默認模式網(wǎng)絡(luò)中選擇性發(fā)生。這些數(shù)據(jù)表明，重激活可能是將時間距離信息（temporally distant information）整合入連續(xù)經(jīng)驗理解的候選機制。

他們的成果發(fā)表在最新一期的Nature Neuroscience雜志上，名為 “The human brain reactivates context-specific past information at event boundaries of naturalistic experiences”。

論文閱讀是一項復(fù)雜任務(wù)，你將嘗試理解一系列構(gòu)成敘述的詞語。這些詞語被大腦分解成離散的信息塊——“事件”及其神經(jīng)表示——“事件模型”。理解敘述不只是將信息流切分為事件并記憶，還需連接當(dāng)前事件與背景的相關(guān)的過去事件。此一連串事件的整合機制，被稱為“重播”（‘replay’），在嚙齒動物身上已有研究觀察。作者的研究旨在探尋大腦區(qū)域中，不僅剛結(jié)束的事件在事件邊界（event boundaries）重播，且遠期事件（temporally remote events）也會被重新激活，以理解當(dāng)前情境。

事件邊界重新激活能否結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗與過去信息？借助參與者在觀看電影或故事時的fMRI數(shù)據(jù)，作者探究了事件邊界在voxel activity patterns中的過去場景表征。他們用相似性分析探查場景過渡與遠期事件的關(guān)聯(lián)度，抵消了對稱的相似性，得到“重新激活指數(shù)”。此結(jié)果在兩個獨立fMRI數(shù)據(jù)集上得到驗證。最后使用詞重疊度檢驗場景再激活是否與理解當(dāng)前場景最相關(guān)。圖1是作者的研究思路。

圖1. 研究分析思路

1.在事件邊界重新激活遠期事件

作者首次測試大腦中遠期事件的重激活。與未來場景相比，事件邊界的表征與過去場景的表征更相似（顯著積極的重新激活指數(shù)）。其次，bilateral precuneus/retrosplenial cortex、Ang/LOC、后海馬體等區(qū)域在各數(shù)據(jù)集中表現(xiàn)一致（圖2a）。該發(fā)現(xiàn)在單一及匯總數(shù)據(jù)集中穩(wěn)定（圖4a顯示數(shù)據(jù)集間重疊）。

圖2. 在事件邊界重新激活遠期事件（within-participant）

2.重新激活的表征在介觀尺度上具有結(jié)構(gòu)

研究嚙齒動物的重播通常以單細胞分辨率進行。相比之下，人類再激活的fMRI結(jié)果呈現(xiàn)為voxel-specific。作者發(fā)現(xiàn)，參與者間神經(jīng)表征的場景在更粗的尺度上有共享，包括介觀尺度（mesoscopic scales），其中功能解剖學(xué)是一致的。作者在考察重新激活是否也呈現(xiàn)在介觀分辨率。不同于以前的研究，他們不僅測試場景表征是否共享，還測試單個大腦內(nèi)事件邊界的重新激活是否共享。

如圖3a展示，分析揭示了參與者在特定腦區(qū)的重復(fù)激活（如上文所述的腦區(qū)，圖2a, 4a底部）。圖4b，c統(tǒng)計證實了這一復(fù)制。這表明有一組大腦區(qū)域在事件邊界上可靠地重新激活遠期事件，且這些再激活的表示不僅在單個大腦內(nèi)明顯，也在大腦間共享。

圖3.在事件邊界重新激活遠期事件（between-participant）

圖4.重新激活特定于事件邊界——跨數(shù)據(jù)集的復(fù)制

3.重新激活特定于事件邊界

作者驗證了過去事件的再激活是否特定于事件邊界。通過比較事件邊界和相鄰控制點的再激活指數(shù)，揭示了這一特異性（見圖2b, 3b）。ROI在控制分析地圖上展示巨大重疊。事件邊界周圍的再激活時間過程（TR）顯示出the bilateral precuneus/retrosplenial cortex, Ang/LOC and bilateral posterior hippocampus的明顯特異性。這些區(qū)域的再激活在事件邊界后6-9秒達峰，符合BOLD反應(yīng)。

作者還能量化ROI的特異性再激活時間過程，在統(tǒng)計學(xué)上驗證兩個獨立復(fù)制結(jié)果的相同性。通過直接交叉驗證（圖4），發(fā)現(xiàn)兩個獨立數(shù)據(jù)集中的效果高度一致。元分析證實了這些結(jié)果。因此，再激活效果不僅特定于事件邊界，且在數(shù)據(jù)集間高度復(fù)制。

4.重新激活是過去相關(guān)事件的選擇性

作者建立了"詞袋"（Bag-of-Words）模型，以向量表示每個單詞出現(xiàn)的次數(shù)。這種方法允許他們創(chuàng)建上下文相似性矩陣，并用它來分析大腦中的神經(jīng)事件邊界。在Sherlock數(shù)據(jù)集中，一個廣泛的腦網(wǎng)絡(luò)（包括precuneus/retrosplenial cortex, Ang/LOC and hippocampus）通過上下文相似性顯示了積極的再激活反應(yīng)（圖5a），表明在這些區(qū)域中，遠期事件的重新激活與當(dāng)前情境有關(guān)。作者通過獨立ROI分析進一步驗證這一發(fā)現(xiàn)，并在所有數(shù)據(jù)集和方法中觀察到顯著的上下文特異性再激活（圖5c）。這些結(jié)果表明，大腦對過去相關(guān)信息的再激活是有選擇性的。

圖5.過去的相關(guān)事件優(yōu)先在事件邊界重新激活

結(jié) 論

作者期望讀者通過本文建立一套關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，串聯(lián)實驗假設(shè)、研究發(fā)現(xiàn)和解讀，不局限于方法部分。他們推測，讀者在碰到事件邊界（如段落末）時，海馬體和DMN區(qū)域可通過選擇性激活相關(guān)信息，形成此知識結(jié)構(gòu)。若構(gòu)建成功，讀者能理解且記住此文，并可能應(yīng)用于未來工作。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41593-023-01331-6

參考文獻

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編譯作者：Ayden（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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