北京大學心理與認知科學學院、IDG麥戈文腦科學研究所李晟課題組在最新一期Journal of Neuroscience發(fā)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(fā)現(xiàn)自然場景中信息復雜性的不對稱可以導致觀察者的場景記憶出現(xiàn)系統(tǒng)性偏差，研究利用fMRI和MEG的手段揭示了這種偏差出現(xiàn)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(huán)境的互動是至關重要的。然而，在對場景的記憶中，系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)被試對自然場景圖片的記憶出現(xiàn)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(xù)呈現(xiàn)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(fā)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(xiàn)了對下方視野信息的填補和對上方視野信息的丟失。
圖1：記憶偏差產(chǎn)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隨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，傾向于做出一致的選擇，說明被試對場景圖片俯仰角的記憶出現(xiàn)了系統(tǒng)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。上圖為行為實驗范式。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復雜性進行了測量。復雜性指標包括兩個方面，即低級視覺復雜性和高級客體復雜性。低級視覺復雜性描述了自然場景圖片在空間頻率和朝向上的信息熵，高級客體復雜性則描述了圖片中物體和類別信息的豐富程度?；貧w模型發(fā)現(xiàn)這兩種復雜性在圖片上下半?yún)^(qū)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復雜性的場景半?yún)^(qū)偏移。
圖3：復雜性的測量與回歸分析。上圖為復雜性的測量方法示意圖。下圖為俯仰角偏差的回歸模型，低級視覺復雜性與高級客體復雜性均能顯著預測行為偏差。
在神經(jīng)活動層面，功能磁共振成像（fMRI）實驗發(fā)現(xiàn)當俯仰角偏差出現(xiàn)時，被試的雙側視覺區(qū)域V4的神經(jīng)活動出現(xiàn)了顯著的增強。進一步的解碼分析發(fā)現(xiàn)，場景加工相關的腦區(qū)海馬旁回場景區(qū)（parahippocampal place area, PPA）和枕葉場景區(qū)（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態(tài)過程。在第一張場景圖片出現(xiàn)約140毫秒后，被試的記憶偏差與場景圖片的低級視覺復雜性能夠被顯著解碼。這兩個神經(jīng)成像實驗的結果在時空維度上發(fā)現(xiàn)了場景記憶偏差與場景刺激早期加工之間的神經(jīng)關聯(lián)。
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(fā)現(xiàn)了一種新的視覺記憶現(xiàn)象——俯仰角偏差效應。俯仰角偏差受場景刺激自身的復雜性水平影響，并發(fā)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(qū)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(chuàng)新2030-“腦科學與類腦研究”和國家自然科學基金項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1175-23.2024
2024-07-04