Matematisk modell förklarar hur människor minns berättelser med hjälp av "slumpmässig trädstruktur"

Människor kan komma ihåg många olika typer av information, inklusive fakta, datum, händelser och till och med komplexa berättelser. Att förstå hur meningsfulla berättelser lagras i mänskligt minne är ett centralt fokus för mycket forskning inom kognitiv psykologi.

Forskare vid Institute for Advanced Study, Emory University och Weizmann Institute of Science försökte nyligen modellera hur människor representerar meningsfulla berättelser och lagrar dem i minnet med hjälp av matematiska objekt som kallas "slumpmässiga träd". Deras artikel, publicerad i Physical Review Letters, presenterar ett nytt konceptuellt ramverk för att studera mänskliga minnesprocesser som bygger på matematik, datavetenskap och fysik.

”Vår studie syftade till att tillgodose ett viktigt behov: att skapa en matematisk teori om mänskligt minne för meningsfullt material som berättelser”, säger Misha Tsodyks, seniorförfattare till artikeln. ”Det råder enighet inom området om att berättelser är för komplexa för att bygga en sådan teori, men jag tror att vi har visat motsatsen: Trots komplexiteten finns det statistiska regelbundenheter i hur människor minns berättelser som kan förutsägas med hjälp av några enkla grundläggande principer.”

För att effektivt modellera representationen av meningsfulla minnen med hjälp av slumpmässiga träd genomförde Tsodyks och kollegor experiment med berättelser och återkallelser med ett stort antal deltagare som använde onlineplattformarna Amazon och Prolific. Studien använde berättelser från Labovs arbete. Totalt ombads 100 personer att återkalla 11 berättelser av varierande längd (från 20 till 200 meningar), varefter forskarna analyserade minnestranskripten för att testa sin teori.

”Vi valde en samling muntliga berättelser nedtecknade av den berömde lingvisten W. Labov på 1960-talet”, förklarade Tsodyks. ”Vi insåg snabbt att analysera en sådan datamängd krävde användning av moderna verktyg för artificiell intelligens i form av nyligen utvecklade stora språkmodeller (LLM).”

Vi fann att människor inte bara minns enskilda händelser från berättelser, utan ofta sammanfattar ganska stora delar av berättelsen (t.ex. episoder) i en enda mening. Detta ledde oss till att tro att berättelsen lagras i minnet som ett träd, med noder närmare roten som representerar abstrakta sammanfattningar av större episoder.

Tsodyks och hans kollegor antog att ett träd som representerar en berättelse bildas i det ögonblick en person först hör eller läser en berättelse och förstår den. Eftersom tidigare forskning visar att olika människor uppfattar samma berättelser på olika sätt, kommer de träd som bildas att ha unika strukturer.

"Vi formulerade modellen som en ensemble av slumpmässiga träd med en viss struktur", sa Tsodyks. "Det fina med den här modellen är att den kan beskrivas matematiskt, och dess förutsägelser kan testas direkt mot data, vilket är vad vi gjorde. Den viktigaste innovationen i vår slumpmässiga trädmodell för minne och hämtning är antagandet att allt meningsfullt material i allmänhet representeras i minnet på samma sätt."

Vår forskning kan ha bredare implikationer för att förstå mänskliga kognitiva processer, eftersom berättelser verkar vara ett universellt sätt på vilket vi resonerar kring en mängd olika fenomen i våra individuella liv, såväl som i sociala och historiska processer.

Teamets senaste arbete belyser potentialen hos matematiska och AI-baserade metoder för att studera hur människor lagrar och representerar meningsfull information i sina minnen. I framtida studier planerar Tsodyks och hans kollegor att bedöma i vilken utsträckning deras teori och slumpmässiga trädmodelleringsmetod kan tillämpas på andra typer av berättelser, såsom fiktion.

”En mer ambitiös inriktning för framtida forskning vore att leta efter mer direkta bevis för trädmodellen”, tillade Tsodyks. ”Detta skulle kräva utveckling av andra experimentella protokoll än enkel uppspelning. En annan intressant inriktning vore att använda hjärnavbildningstekniker hos personer som är engagerade i narrativ förståelse och uppspelning.”