Sequential Sampling as a Computational Principle of Episodic Memory

I nostri ricordi di eventi specifici — quello che chiamiamo memoria episodica — sono spesso descritti come istantanee mentali del passato. Ricordiamo dove eravamo, cosa è successo e chi era presente. Tuttavia, il modo in cui sperimentiamo il mondo raramente assomiglia a una macchina fotografica che cattura un'unica, perfetta immagine. Al contrario, i nostri occhi si muovono costantemente, assorbendo il mondo attraverso una rapida serie di piccoli sguardi parziali. Guardiamo un volto, poi una mano, poi un oggetto sullo sfondo, cucendo insieme questi frammenti in una scena coerente. Per decenni, gli scienziati si sono chiesti come il cervello trasformi questa sequenza di sguardi fugaci in un unico, stabile ricordo che possa essere memorizzato e richiamato in seguito. La visione prevalente è stata che il cervello costruisca prima un'immagine completa di un oggetto o di una scena e poi memorizzi quell'immagine finita. Ma una nuova linea di ricerca suggerisce che il processo sia molto più dinamico: l'atto stesso di guardare, e l'ordine in cui guardiamo, potrebbe essere ciò che costruisce la memoria stessa.

Un team di ricercatori ha sviluppato un modello computazionale per testare questa idea, proponendo che la nostra memoria non sia solo una registrazione di ciò che abbiamo visto, ma una costruzione basata sul percorso che i nostri occhi hanno compiuto per vederlo. Nel loro lavoro, hanno simulato un sistema che impara guardando le immagini un piccolo pezzo alla volta, proprio come fanno gli occhi umani. Hanno scoperto che la sequenza di questi sguardi non serve solo a raccogliere informazioni; essa modella attivamente la memoria stessa. Quando il sistema si concentrava su un singolo oggetto per diversi sraggi per fila, la memoria di quell'oggetto specifico diventava più nitida e distinta. Ma quando lo sguardo del sistema saltava avanti e indietro tra due oggetti diversi, la memoria della relazione tra quei due oggetti diventava più forte. Fondamentalmente, il modello ha dimostrato che l'ordine degli sguardi contava. Se lo stesso insieme di indizi visivi veniva presentato in un ordine diverso, la memoria risultante era differente e la capacità di ricordare i dettagli specifici dell'oggetto originale era compromessa.

Per capire come funzioni, immaginate un programma per computer progettato per imparare da una serie di immagini, molto simile a uno studente che studia per un esame. I ricercatori hanno fornito a questo programma un insieme di fotografie naturali, ma invece di mostrargli l'intera immagine in una volta sola, gli hanno fornito una sequenza di piccoli tasselli locali dell'immagine, uno dopo l'altro. Ogni tassello rappresentava una singola "fissazione", o un momento in cui gli occhi si fermano per concentrarsi. Il programma doveva integrare questi tasselli nel tempo, costruendo una rappresentazione mentale dell'intera immagine man mano che riceveva nuovi indizi. I ricercatori hanno scoperto che con ogni nuovo tassello, l'incertezza del programma su cosa fosse l'immagine diminuiva. Poteva identificare la categoria generale dell'oggetto, come un "cane" o un'auto, molto rapidamente. Ma per individuare l'identità esatta di quel cane o di quell'auto specifica, aveva bisogno di più tempo e di più campioni. Man mano che il programma accumulava questi sguardi, la sua rappresentazione interna dell'immagine diventava più organizzata ed efficiente, concentrandosi sulle caratteristiche più importanti pur ricordando esattamente dove e quando aveva visto ogni pezzo.

Lo studio ha esplorato anche come ricordiamo le connessioni tra le cose. Nella vita reale, spesso guardiamo avanti e indietro tra elementi correlati, come una persona e l'oggetto che tiene in mano. I ricercatori hanno testato se la tempistica di questi movimenti oculari fosse importante. Hanno creato scenari in cui il programma guardava due immagini diverse, o fissando la prima per un po' e poi la seconda, o passando rapidamente dallamente a destra e a sinistra tra di esse. Hanno scoperto che il modello di "scambio" (switching), in cui lo sguardo si muoveva frequentemente tra i due elementi, rendeva la connessione tra di essi molto più forte nella memoria. Il programma era più bravo a ricordare il secondo elemento quando stimolato dal primo se i due erano stati campionati con un ritmo alternato e ritmico. Ciò suggerisce che l'atto di muovere gli occhi tra cose correlate non è solo un effetto collaterale del guardare; è un meccanismo che lega quelle cose nelle nostre menti.

Forse il risultato più sorprendente è stato che la memoria stessa contiene una registrazione di come è stata costruita. I ricercatori hanno testato questo aspetto prendendo lo stesso identico insieme di indizi visivi e presentandoli in un ordine diverso. Anche se l'informazione visiva era identica, la memoria risultante era diversa. Quando il programma cercava di ricordare l'immagine originale usando un indizio che corrispondeva all'ordine originale degli sguardi, aveva successo. Ma quando l'ordine era rimescolato, la memoria diventava sfocata e il programma faticava a identificare l'immagine specifica, anche se riusciva ancora a indovinare la categoria generale. Ciò implica che la "traiettoria" del nostro sguardo — il percorso specifico che i nostri occhi hanno compiuto — è incorporata nella memoria. Per recuperare un ricordo specifico, il nostro cervello potrebbe dover ripercorrere parzialmente quel cammino originale.

I ricercatori hanno anche simulato cosa succede quando cerchiamo di ricordare qualcosa con pochi indizi, similmente a quando cerchiamo di ricordare un volto da una foto sfocata. Hanno scoperto che più l'indizio di recupero corrispondeva alla sequenza originale di sguardi, meglio funzionava la memoria. Se l'indizio condivideva gli stessi dettagli visivi e lo stesso ordine di attenzione dell'originale durante la codifica, il sistema poteva ricostruire la memoria specifica con alta precisionità. Se l'ordine era errato, o se i dettagli visivi mancavano, la memoria falliva. Questo supporta l'idea che il recupero della memoria non riguardi solo l'abbinamento di un'immagine, ma l'abbinamento del processo di come quell'immagine sia stata originariamente assemblata.

Infine, il team ha esplorato come questo tipo di memoria possa aiutarci a ricostruire parti mancanti di un'esperienza. Hanno addestrato un sistema separato per generare immagini basate sulle rappresentazioni di memoria create dal campionamento sequenziale. Hanno scoperto che il sistema poteva ricostruire le parti dell'immagine che erano state guardate direttamente con alta precisione. Tuttavia, le parti che non erano mai state guardate venivano riempite in modo più approssimativo, facendo affidamento su schemi generali che il sistema aveva appreso da altre immagini. Questo rispecchia il modo in cui funziona la memoria umana: ricordiamo i dettagli su cui ci siamo concentrati con chiarezza, mentre il resto della scena viene spesso riempito dal nostro cervello usando conoscenze generali e aspettative.

Queste scoperte offrono un nuovo modo di pensare a come ricordiamo. Piuttosto che archiviare un'immagine completa e statica di un evento, i nostri cervelli potrebbero archiviare un registro dinamico di come abbiamo esplorato quell'evento. La sequenza dei nostri movimenti oculari, l'ordine in cui abbiamo prestato attenzione a diverse parti del mondo e il ritmo della nostra attenzione diventano parte della memoria stessa. Ciò suggerisce che il modo in cui guardiamo il mondo non è solo un modo per raccogliere dati, ma una parte fondamentale di come costruiamo il nostro passato. Comprendendo questo processo, gli scienziati sperano di comprendere meglio come si formano i ricordi, perché alcuni siano più chiari di altri e come il semplice atto di guardare modelli le storie che raccontiamo a noi stessi sulla nostra vita.