beat365官方网站、IDG麥戈文腦科學研究所李晟課題組在最新一期Journal of Neuroscience發表題為“Complexity matters: Normalization to prototypical viewpoint induces memory distortion along the vertical axis of scenes” 的學術論文。該研究發現自然場景中信息複雜性的不對稱可以導緻觀察者的場景記憶出現系統性偏差，研究利用fMRI和MEG的手段揭示了這種偏差出現在場景加工的早期階段。

感知與記憶真實世界的場景對空間導航和與周圍環境的互動是至關重要的。然而，在對場景的記憶中，系統性失真卻相當常見。人們可能會遺忘場景中的某些物體，憑空想起場景中并不存在的物體，或者錯誤估計記憶中的空間大小。對記憶失真的研究可以幫助我們理解大腦如何存儲種類繁多的場景信息。

在該研究中，研究者發現被試對自然場景圖片的記憶出現了俯仰角（angle of view, AOV）偏差。在實驗中，被試被要求判斷兩張連續呈現的場景圖片之間俯仰角的變化。但是事實上，這兩張圖片是完全相同的。因此，任何俯仰角發生變化的判斷反映了被試對第一張圖片記憶表征的偏差。如果被試做出了第二張圖片更向上傾斜的判斷，則表明第一張圖片的記憶出現了對下方視野信息的填補和對上方視野信息的丢失。

圖1：記憶偏差産生的示意圖。

首先，研究者計算了每張場景圖片在被試間的平均俯仰角記憶偏差得分。圖片俯仰角偏差得分的分布與随機水平有顯著的不同，并且不同的被試在看到相同的圖片時，傾向于做出一緻的選擇，說明被試對場景圖片俯仰角的記憶出現了系統性偏差。這一偏差特異于圖片本身，被圖片自身的特征所影響。

圖2：行為實驗結果。上圖為行為實驗範式。下圖為所有場景圖片的俯仰角偏差得分分布以及四張示例圖片的偏差得分。

因此，研究者進一步對場景圖片的信息複雜性進行了測量。複雜性指标包括兩個方面，即低級視覺複雜性和高級客體複雜性。低級視覺複雜性描述了自然場景圖片在空間頻率和朝向上的信息熵，高級客體複雜性則描述了圖片中物體和類别信息的豐富程度。回歸模型發現這兩種複雜性在圖片上下半區之間的不對稱性均能顯著預測被試的行為結果。該結果表明，場景記憶會向具有高複雜性的場景半區偏移。

圖3：複雜性的測量與回歸分析。上圖為複雜性的測量方法示意圖。下圖為俯仰角偏差的回歸模型，低級視覺複雜性與高級客體複雜性均能顯著預測行為偏差。

在神經活動層面，功能磁共振成像（fMRI）實驗發現當俯仰角偏差出現時，被試的雙側視覺區域V4的神經活動出現了顯著的增強。進一步的解碼分析發現，場景加工相關的腦區海馬旁回場景區（parahippocampal place area, PPA）和枕葉場景區（occipital place area, OPA）均參與了這一記憶偏差的形成過程。

腦磁圖（MEG）實驗則從時間尺度上進一步分析了俯仰角記憶偏差的動态過程。在第一張場景圖片出現約140毫秒後，被試的記憶偏差與場景圖片的低級視覺複雜性能夠被顯著解碼。這兩個神經成像實驗的結果在時空維度上發現了場景記憶偏差與場景刺激早期加工之間的神經關聯。

圖4 fMRI與MEG實驗分析。上圖為fMRI實驗的單變量與解碼分析結果。下圖為MEG實驗結果。

綜上，該研究發現了一種新的視覺記憶現象——俯仰角偏差效應。俯仰角偏差受場景刺激自身的複雜性水平影響，并發生在場景信息加工的早期階段。這種記憶偏差可能幫助觀察者對場景中信息密度更高的區域進行更精細的存儲，并對觀察者未來的行動選擇有益。

李晟課題組的博士生吳奕忱為本文第一作者，李晟研究員為通訊作者。本研究獲得科技部科技創新2030-“腦科學與類腦研究”和國家自然科學基金項目的資助。

論文鍊接：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1175-23.2024

2024-07-04