时间预期引发工作记忆中的优先级变化,从而导致遗忘

《Neuropsychologia》:Temporal expectation triggers priority shifts in working memory that lead to forgetting

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月08日 来源:Neuropsychologia 2.5

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   摘要工作记忆(WM)灵活地优先处理与任务相关的信息,作为通往长时记忆(LTM)的关键门户。然而,这种动态优先化如何影响最终保留在 LTM 中的内容仍不清楚。在此,我们研究了 WM 内部引导的优先化转变的长期后果。人类参与者(N = 20)编码了两项内容(一张脸和一幅场景),分

  

摘要

工作记忆(WM)灵活地优先处理与任务相关的信息,作为通往长时记忆(LTM)的关键门户。然而,这种动态优先化如何影响最终保留在 LTM 中的内容仍不清楚。在此,我们研究了 WM 内部引导的优先化转变的长期后果。人类参与者(N = 20)编码了两项内容(一张脸和一幅场景),分别与短(1 秒)和长(4 秒)延迟相关,其中面部在 1 秒后被探测或根本不被探测,而场景仅在面部未被测试的情况下才在 4 秒后被探测。使用脑电图(EEG)数据的多变量模式分析(MVPA),我们追踪了这两个记忆项神经表征的波动,当参与者在延迟期间将内部注意力从一个项目转移到另一个项目时。重新优先化期间的神经动力学预测了去优先化项目的 LTM 结果。具体来说,遗忘与去优先化项目的神经证据显著减少有关,伴随着新优先化项目神经证据的同时增加。这些发现表明,时间期望塑造了 WM 中优先化的神经动力学,进而影响 LTM 中的保留。

引言

适应性的人类行为既需要在工作记忆(WM)中主动维持任务关键信息(A. Baddeley 2003; A. D. Baddeley 1986),又需要在长时记忆(LTM)中长期存储大量信息(Ebbinghaus 1913; Brady et al. 2008; Cowan 2008)。WM 被广泛认为是通往 LTM 的门户(Hartshorne and Makovski 2019; Souza and Oberauer 2017; Cowan 2008; Jonides et al. 2008)。然而,并非所有存储在 WM 中的信息都被平等对待——注意力有选择地优先处理某些表征而非其他表征,具体取决于任务需求(Myers et al. 2017; Bruning and Lewis-Peacock 2022)。这种优先化在大脑中如何展开,以及它对 LTM 意味着什么,仍是一个未解之谜。
已有充分证据表明,WM 在优先处理任务相关信息以服务于目标导向行为方面具有惊人的灵活性(Myers et al. 2017; van Ede and Nobre 2023; Souza and Oberauer 2016)。使用回顾性线索,研究人员发现,有选择地关注任务相关内容可以提高 WM 表现(Griffin and Nobre 2003; Landman et al. 2003; Nobre et al. 2004)。更重要的是,研究揭示该选择过程具有高度灵活性和可逆性,使得内容可以基于任务需求动态地进入或退出内部焦点。功能性磁共振成像(fMRI)和脑电图(EEG)研究显示,在记忆项之间优先级来回切换期间存在不同的神经状态(Lewis-Peacock et al. 2015; 2012; Zokaei et al. 2014; Christophel et al. 2018)。多变量模式分析(MVPA)的分类证据表明,只有优先化项目具有活跃表征,而未优先化项目可以通过第二个回顾性线索重新激活(Lewis-Peacock et al. 2012),或通过任务无关的视觉脉冲(Wolff et al. 2017; 2015)或经颅磁刺激脉冲(Rose et al. 2016)恢复。这些发现突出了内部注意力的一个重要特征:在 WM 中选择性优先化信息并不意味着未优先化的信息一定会被丢弃。相反,如果未优先化的信息后来变得有用,它可以被检索到注意力焦点中。
鉴于标志性的灵活性和可逆性,优先化可能在决定 WM 内容在更长时间尺度上的命运方面发挥关键作用。先前研究发现,WM 中维持的信息进行更长时间的维持和/或排练与随后更好的 LTM 表现有关(Schon et al. 2004; Ranganath et al. 2005; Davachi et al. 2001; Bartsch et al. 2018; Hartshorne and Makovski 2019; Souza and Oberauer 2017)。然而,调查 WM 期间选择性优先化长期后果的研究得出了不一致的发现。一些研究表明,在 WM 期间被优先化的项目在 LTM 中具有益处(Fan and Turk-Browne 2013; Jeanneret et al. 2023; Lintz and Johnson 2021; Reaves et al. 2016; Strunk et al. 2019),而另一些则报告没有效果(Bartsch et al. 2018; LaRocque et al. 2015)。一种可能性是,优先化过程并不总是完整的;不同程度的优先化可能导致对长期痕迹的不同影响。
先前的工作研究了如何在 WM 中通过明确线索将优先化从一项切换到另一项会导致去优先化项目的遗忘(Lewis-Peacock and Norman 2014)。他们使用 fMRI 和 MVPA 测量了优先化切换前、中、后两项在 WM 中的表征强度,并将其与随后的记忆任务结果联系起来。结果揭示了非单调可塑性假说(Newman and Norman 2010; Detre et al. 2013; Ritvo et al. 2019)所预测的 U 型关系,其中去优先化项目的中等激活水平与较差的记忆结果有关。
另一个未解决的问题是,除了明确的回顾性线索之外,其他重新优先化的触发因素是否也能导致 WM 中相似的表征动力学和对 LTM 的相似后果。例如,WM 优先化已在更动态的环境中进行了研究,在这些环境中,内部引导的时间期望会在延迟过程中改变持有项的优先级。这些研究表明,关于记忆项何时最相关的期望可以暂时提高其表征优先级——即使在缺乏外部线索的情况下(van Ede et al. 2017a; Jin et al. 2020; Auksztulewicz et al. 2019; Zokaei et al. 2019)。换句话说,人们并不是被告知何时转移优先级,而是如果他们相信这在特定时间点对任务最有利,就可以选择这样做。使用 EEG,研究人员发现这种动态优先化与对侧阿尔法(8 - 14 Hz)振荡的时间特异性衰减有关。然而,这种 WM 中自发启动的动态优先级转移如何塑造这些表征在 LTM 中的后续命运尚未评估。这是本研究的目标。
为了创建自发优先化的背景,我们将面部图像与短(1 秒)延迟关联,将场景图像与长(4 秒)延迟间隔关联。参与者根据 WM 延迟期间已经过去了多少时间知道哪个项目将被探测。当面部图像在短延迟后未被测试时,他们知道场景图像会在较长延迟后被测试。这使得内部引导的优先化切换成为可能。基于使用类似范式的先前工作(van Ede et al. 2017a; Jin et al. 2020; Auksztulewicz et al. 2019),我们假设人类参与者最初会优先处理预期早期被测试的面部图像,如果早期测试未发生,则会切换到优先处理预期晚期被测试的场景图像。
为了追踪 WM 中的动态优先化过程,我们在参与者执行任务时记录了 EEG 信号。由于我们建立了图像类别与探测间隔之间的关联,因此我们可以应用类别分类器来量化优先化转变。我们期望分类器证据能追踪动态优先化转变:在早期延迟期间,它对面部的评分应高于对场景的评分。然而,随着时间流逝,类别证据应转向偏向场景而非面部。此外,这些数据用于预测实验结束时意外再认记忆测试的结果。基于 NMPH,我们假设在自发优先级转移后接受中等剩余激活的去优先化项目(面部)在 LTM 中更容易遗忘。

章节片段

参与者

二十六名健康人类志愿者参加了研究。我们进行了先验功效分析,中等效应量(Cohen's f = 0.25),显著性水平为 0.05,功效 (1-beta) 为 0.8,使用 G*Power 3.1(Faul et al. 2007)。功效分析推荐总样本量为 24,这与之前的 EEG 研究关于时间期望(van Ede et al. 2017a; 2019; Jin et al. 2020)以及我们实验室关于 NMPH 假设的 fMRI 研究一致(

行为表现

参与者执行了一个三阶段任务:在第 1 阶段,参与者完成了一项简单的延迟检测任务,记录其 EEG 数据并用于训练分类器。在第 2 阶段,参与者执行了一项 WM 任务,其中两个记忆项与不同的时间期望相关,从而产生动态优先化过程。EEG 数据也被记录以追踪 WM 对优先化转变的动力学响应。在第 3 阶段,参与者被给予一个意外

讨论

WM 中表征的激活随时间波动,这是由于多种因素造成的,包括注意力优先级、共同激活项目之间的干扰以及——如本文所示——对任务相关性的期望。在当前实验中,我们操纵了关于 WM 中持有项的时间期望,以在不同时间创建内部引导的优先化转变,并测试了长期后果。使用 MVPA 应用于 EEG 数据,我们追踪了优先化的波动

CRediT 作者贡献声明

Jarrod A Lewis-Peacock:写作 – 审阅与编辑,写作 – 原始草稿,验证,监督,资源,项目管理,调查,资金获取,概念化。Ziyi Duan:写作 – 审阅与编辑,写作 – 原始草稿,可视化,验证,方法论,调查,形式分析,数据管理,概念化。Ziyao Zhang:写作 – 审阅与编辑,写作 – 原始草稿,可视化,验证,方法论,形式分析,数据

未引用参考文献

Ede et al., 2019; Ede et al., 2017a; Ede et al., 2017b; Ede and Nobre, 2023; Hartshorne and Tal, 2019; Souza and Klaus, 2016.

伦理声明

已征得所有参与者或其法定代表的书面知情同意,同意参与本研究并发布文章。已尊重参与者的隐私权。
本研究是在研究进行地的相关法律、监管框架和指南下进行的。本研究经德克萨斯大学奥斯汀分校机构审查委员会批准。(批准号:2013-10-0110)

数据可用性声明

本研究中生成的处理后的 EEG 数据和原始行为数据已存入开放科学框架(Open Science Framework),网址为 https://doi.org/10.17605/OSF.IO/DGF8U。我们还公开提供用于分析 EEG 和行为数据的所有代码。

资金信息

本研究得到 国立卫生研究院 资助 R01 MH129042 和 R01 EY028746 项目支持,资助对象为 J.A.L.-P.

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能被认为会影响本文报告的工作。

致谢

我们感谢 Elizabeth Lorenc 博士协助 EEG 设备设置和数据收集。
Ziyi Duan|Zhang Ziyao|Jarrod A. Lewis-Peacock
美国纽约州纽约市 10003,纽约大学心理学系
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