Hur livsscener formar medvetandet och skapar minnen

Livet består av en serie små händelser: att göra morgonkaffet, släppa ut hunden, öppna din bärbara dator, släppa in hunden igen. Alla dessa händelser blir en hel dag. Våra hjärnor observerar och bearbetar ständigt de händelser som utgör vår vardag, säger Jeff Zacks, University of Washingtons Edgar James Swift-professor i humaniora och naturvetenskap och ordförande för institutionen för psykologiska och neurobiologiska vetenskaper.

"Att förstå var händelser börjar och var de slutar är avgörande för att förstå världen", sa Zacks.

I två nya artiklar utforskar Zacks och andra forskare från fakulteten för humaniora och naturvetenskap och McKelvey School of Engineering denna nyckelprocess inom mänsklig kognition.

Zacks ledde en studie där datormodeller tränades att titta på mer än 25 timmars videoinspelning av människor som utförde enkla, vardagliga uppgifter, som att städa ett kök eller laga mat, och sedan göra förutsägelser om vad som skulle hända härnäst. Studien gav ett överraskande resultat: Datormodellerna var mest exakta när de reagerade på osäkerhet. När modellen var särskilt osäker på vad som skulle hända härnäst, återställde den sina inställningar och omvärderade scenen, vilket förbättrade dess övergripande förståelse.

Medförfattare till studien, som publicerades i PNAS Nexus, är Thanh Nguyen, doktorand vid Zachs Dynamic Cognition Lab; Matt Bezdek, seniorforskare i labbet; Aaron Bobick, professor och dekanus vid McKelvey School of Engineering; Todd Braver, William R. Stakenberg-professor i mänskliga värden och moralisk utveckling; och Samuel Gershman, neuroforskare vid Harvard.

Zacks hade tidigare teoretiserat att den mänskliga hjärnan är särskilt känslig för de små överraskningar som fyller våra liv. Han föreslog att människor överskattar en scen när de registrerar något oväntat, ett fenomen som kallas "prediktionfel". Men upptäckten att den framgångsrika datormodellen uppmärksammade osäkerhet mer än prediktionsfel ifrågasätter den teorin.

"Vi sysslar med vetenskap", sa Zacks. "Vi reviderar teorier när vi konfronteras med nya data."

Överraskningar är fortfarande viktiga, och det finns ingen anledning att helt överge konceptet med prediktionsfel, sa Nguyen. "Vi börjar tro att hjärnan använder båda mekanismerna", sa han. "Det handlar inte om att välja den ena framför den andra. Varje modell kan ge ett unikt bidrag till vår förståelse av mänsklig kognition."

Minnets roll i händelsebearbetning

Maverick Smith, forskare vid Dynamic Cognition Lab, studerar också sambandet mellan att förstå händelser och minne. I samarbete med Heather Bailey, en tidigare postdoktor vid WashU som nu är biträdande professor vid Kansas State University, var Smith medförfattare till en översiktsartikel i Nature Reviews Psychology, där hon samlade in växande bevis för att långtidsminnet är nära kopplat till förmågan att logiskt och korrekt avgöra var en händelse slutar och en annan börjar.

"Det finns många individuella skillnader i förmågan att identifiera början och slut på händelser, och dessa skillnader kan starkt förutsäga hur väl människor minns händelser senare", sa Smith. "Vi hoppas kunna utveckla en intervention som kan förbättra minnet genom att hjälpa människor att bättre segmentera händelser."

Ålderns inverkan på uppfattningen av händelser

Precis som Zacks förlitar sig Smith på videoklipp för att bättre förstå hur hjärnan bearbetar händelser. Istället för att laga mat eller städa visar hans videor en person som handlar i en butik, installerar en skrivare eller utför andra vardagliga uppgifter. I olika experiment trycker tittarna på knappar när de tror att en händelse börjar eller slutar. Smith testar sedan deltagarnas minne av videon med en serie skriftliga frågor.

Smith fann att äldre personer har svårare att bearbeta händelser, vilket kan spela en roll i åldersrelaterad minnesförsämring. "Det kan finnas ett sätt att ingripa för att hjälpa dem att minnas händelser i sina liv bättre", sa han.

Vidare forskning

Zacks, Nguyen, Smith och andra medlemmar vid institutionen för psykologiska och neurobiologiska vetenskaper har ambitiösa planer på att ytterligare studera hjärnans förmåga att bearbeta och komma ihåg händelser. Zacks team arbetar med att använda fMRI för att spåra 45 deltagares reaktioner på videor av vardagliga händelser i realtid. "Vi studerar de faktiska neurodynamiska processerna för dessa kognitiva funktioner", sa Zacks.

En annan studie spårar ögonrörelser, vilket ger nya insikter i hur vi ser världen. "När människor tittar på vardagliga aktiviteter spenderar de mycket tid på att titta på människors händer", förklarade Zacks.

Smith använder för närvarande videobaserade experiment för att testa om han kan förbättra minnet hos studiedeltagarna – inklusive äldre vuxna och personer med Alzheimers sjukdom – genom att göra det lättare att identifiera gränser mellan händelser. I slutändan vill han förstå hur observationer av händelser lagras och bevaras i långtidsminnet.

"Vissa människor är helt klart bättre än andra på att segmentera händelser i meningsfulla bitar", sa Smith. "Kan vi förbättra den förmågan, och kommer det att leda till bättre minne? Det är frågor vi fortfarande försöker besvara."