《Nature Human Behaviour》：Spatial contexts with reliable neural representations support reinstatement of subsequently placed objects
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本研究针对空间背景如何有效支持情景记忆存储与提取这一核心问题，通过结合虚拟现实(VR)与功能性磁共振成像(fMRI)技术，创新性地提出并验证了“空间位置神经表征的可靠性（稳定性与独特性）可预测后续与之绑定的物体记忆的神经重现程度”的假说。研究发现，前测中房间表征的神经可靠性能够显著预测自由回忆和引导回忆任务中物体信息的重现，且该效应在控制房间本身在提取阶段的重现后依然显著，表明可靠的背景表征主要通过促进编码阶段的绑定来提升记忆。该研究为理解空间背景作为记忆支架的神经基础提供了重要证据，并展示了在记忆形成前“审计”背景神经表征效用的可行性。
我们的记忆常常与特定的地点紧密相连。回想或重游故地，往往能瞬间唤起在那里发生过的深刻事件。这表明，我们的空间记忆不仅是一张物理环境的地图，更是一幅记录着我们在那些空间中所经历事件的认知地图。那么，空间背景（即经历发生的地点）究竟是如何作为支架，帮助我们存储和提取过去事件的细节的呢？是否存在某些空间背景比其他背景更有利于附加事件记忆？我们能否在一个事件发生之前，就从神经层面测量一个地点作为记忆线索的有效性？
尽管数十年的研究已证实情景记忆的表征和提取与空间位置密切相关，但一个核心问题仍未解决：是否某些特定的空间位置本身就是比其他位置更有效的记忆线索？如果是，这是否与其神经表征的特性有关？以往的理论认为，记忆的稳健表征需要具备两个关键属性：随时间推移的稳定性（允许原始经验特征被忠实地重新激活）和独特性（防止与其他相似记忆产生干扰）。研究者们由此推测，这两个属性对于构建有效的空间背景支架也至关重要。也就是说，拥有更稳定、更独特的神经表征的空间位置，应能更好地支持在该位置遇到的新信息的编码，并在提取时更容易访问这些信息。这意味着，在将一个物体与某个位置关联之前，该位置若已具备稳定且独特的神经表征，将能够预测后续该物体表征的重现程度。
为了验证这一假说，来自普林斯顿大学等机构的研究团队在《Nature Human Behaviour》上发表了一项研究。他们设计了一个精巧的实验范式，利用虚拟现实(VR)和功能性磁共振成像(fMRI)技术，探索了空间背景神经表征的可靠性如何影响后续物体记忆的神经重现。
研究人员首先构建了一个包含23个独特房间的虚拟现实“记忆宫殿”。每个房间在视觉（如主题、大小、形状、装饰）和听觉（独特的背景音乐或音效）上都截然不同。参与者在第一天通过完成搜寻游戏来熟悉这个虚拟环境的空间布局。第二天，参与者首先在fMRI扫描仪内观看这些房间的旋转视频（学习前阶段），研究人员借此测量每个房间的神经表征。接着，参与者再次进入VR环境，发现每个房间内都放置了一个新的、需要记忆的物体。最后，参与者回到扫描仪内，进行自由回忆和引导回忆任务，努力回忆并描述他们见过的房间和物体。
研究的核心在于定义一个称为“房间可靠性”的指标。该指标通过计算每个房间在两次视频呈现中其神经活动模式的自身相似性（稳定性）减去其与其他房间模式的平均相似性（独特性）来获得。重要的是，这个指标是在学习房间-物体关联之前测量的，确保了其不受后续物体信息的影响。结果显示，房间可靠性在大脑皮层广泛存在，尤其在听觉和视觉皮层、楔前叶以及海马后部等区域尤为显著。
为了量化回忆过程中物体信息的重现，研究团队采用了一种留一交叉验证的策略。他们首先利用参与者观看物体视频时的神经活动模式，训练一个多类逻辑斯蒂回归分类器，来识别在另一个参与者回忆房间视频时（此时物体并不可见），其大脑中特定物体表征被激活的证据。通过这种方法，他们确定了大脑中对物体记忆提取最敏感的区域网络，即提取物体分类器网络(ROCN)。该网络广泛分布于皮层，包括前颞叶皮层、额叶回、后颞叶皮层、后内侧皮层和顶上小叶等区域。
分析的关键发现是，学习前测量的房间可靠性，能够显著预测在后续自由回忆和引导回忆任务中，ROCN内物体信息重现的证据强度。也就是说，在神经表征上更稳定、更独特的房间，其后来放置的物体在回忆时，其神经表征也被更强烈地重新激活。这一效应在顶叶皮层、前额叶皮层、额上回、脑岛和楔前叶等区域尤为明显。
研究者进一步探讨了这种预测效应的来源。一种可能是，可靠的房间表征本身在回忆时更容易被重现，从而间接带动了与之绑定的物体信息的提取（好比房间里的灯越亮，就越容易看清里面的东西）。为了检验这种替代性解释，研究人员进行了偏相关分析，在统计上控制了回忆阶段房间本身在另一个网络——提取房间分类器网络(RRCN)中的重现证据。结果发现，即使在控制了房间重现的影响后，房间可靠性与ROCN物体重现证据之间的正相关关系依然显著存在，并且没有脑区显示出效应大小的显著降低。这一结果支持了研究的主要机制假说：可靠的房间表征主要是通过促进编码阶段房间与物体信息的绑定来提升记忆的（好比墙壁越坚固，挂画就越容易）。
此外，通过模型比较，研究还发现，在部分脑区（如后顶叶皮层、脑岛和额上回），参与者个体特异性的房间可靠性模式（即对某个参与者而言哪些房间最可靠）比基于群体平均的可靠性模式能更好地预测其自身的物体记忆重现。这表明对记忆支架进行“个性化审计”具有独特的价值。
在行为层面，参与者在引导回忆和自由回忆任务中均表现出接近天花板的高准确率。有趣的是，在自由回忆中，参与者更倾向于回忆空间上相邻的房间，显示出对连续性心理遍历的无提示偏好。
本研究主要运用了几项关键技术方法：1）使用Unity3D引擎自定义构建了包含23个独特房间的虚拟现实环境，参与者通过头戴式显示器进行沉浸式探索和学习；2）利用3T西门子Prisma扫描仪采集高分辨率的功能性磁共振成像(fMRI)数据，包括血氧水平依赖(BOLD)信号和T1加权结构像，数据预处理采用fMRIPrep标准化流程；3）通过基于搜索灯的多元模式分析计算房间神经表征的可靠性；4）采用留一参与者交叉验证的多类逻辑斯蒂回归分类器，定义对物体记忆提取敏感的脑网络(ROCN)，并量化回忆过程中的物体重现证据；5）使用偏相关分析控制房间重现的影响，以检验编码阶段绑定的作用。研究样本包括25名健康成年人。
房间可靠性
研究人员通过比较每个房间在不同运行次数中其表征的相似性（稳定性）与其与其他房间表征的相似性（独特性），来计算每个参与者的房间可靠性。该分析发现，在大部分大脑皮层，尤其是在听觉、视觉皮层、楔前叶和海马后部，房间可靠性显著高于零。这表明这些区域对房间的表征既稳定又具有特异性。
行为回忆
参与者在第二天的回忆任务中表现优异。在引导回忆中，92%的参与者回忆准确率高于90%；在自由回忆中，80%的参与者准确率高于90%。分析还发现，参与者在回忆“空房间”时花费的时间较少，并且在自由回忆中，空间上相邻的房间被连续回忆的比例显著高于随机水平，表明存在自发的连续性心理遍历倾向。
ROCN
为了测量回忆过程中的物体重现证据，研究者首先需要识别在回忆时表征特定物体信息的脑区网络。他们通过留一交叉验证方法，利用N-1名参与者观看物体视频时产生的神经模式（物体模板），来预测最后一名参与者在回忆房间视频时（物体不可见）的物体身份。通过评估分类器的准确率，他们选取了性能最好的50个搜索灯区域（约占总数的3%）组成了ROCN。该网络分布广泛，涉及前颞叶皮层、额叶回、后颞叶皮层、后内侧皮层和顶上小叶等区域。
房间可靠性与ROCN物体重现证据的关系
这是本研究最核心的发现。分析表明，学习前测量的房间可靠性，能够显著预测在自由回忆和引导回忆任务中，ROCN内物体信息重现的证据强度。效应显著的脑区包括顶叶皮层、前额叶皮层、额上回、脑岛和楔前叶等。同时，在部分低级感觉皮层（如听觉和部分视觉皮层）观察到了负相关关系，这可能意味着对这些区域而言，过强的孤立感官特征表征反而可能不利于形成作为有效上下文锚点所需的整体空间和语义表征。重要的是，偏相关分析表明，即使在统计上控制了回忆阶段房间本身在RRCN中的重现证据后，房间可靠性与物体重现之间的正相关关系依然显著，支持了可靠的房间表征主要通过促进编码阶段的绑定来提升记忆的假说。模型比较分析进一步揭示，在后顶叶皮层（靠近角回）、脑岛和额上回等区域，参与者个体特异性的房间可靠性提供了超越群体平均水平的预测优势。
本研究通过一个创新的范式证实，当一个空间背景的记忆表征在神经层面具有高可靠性（稳定且独特）时，它能最有效地作为“容器”来支持后续新记忆的形成。研究不仅展示了如何量化空间背景的神经表征质量，更重要的是，证明了可以在记忆事件发生之前“审计”该背景作为未来记忆支架的效用。研究发现，前测中房间的神经可靠性预测了回忆时物体信息的重现，且这种关系不能完全由回忆阶段房间本身的重现所解释，从而为“可靠的背景表征通过促进编码阶段的绑定来优化记忆”提供了有力证据。
这项研究将认知心理学中关于知识结构（如图式）有助于组织新信息的理论框架推进到了神经层面，并强调了并非所有的图式容器在组织记忆方面都同等有效。研究结果也与位置记忆法(Method of Loci)的实践精神相契合，尽管本研究中的参与者并未被明确指导使用该策略。未来研究可以进一步探讨在多种物品与同一房间关联、上下文特征随时间变化、或任务要求抑制房间信息提取等不同情境下，房间可靠性与记忆表现的关系是否会发生变化。
总之，这项研究为我们理解空间背景如何塑造和支撑人类记忆提供了新的神经科学视角，揭示了记忆支架本身的“质量”对于后续记忆内容存储和提取的关键作用。
