Matematisk model forklarer, hvordan folk husker historier ved hjælp af en 'tilfældig træstruktur'

Mennesker er i stand til at huske mange forskellige typer information, herunder fakta, datoer, begivenheder og endda komplekse fortællinger. At forstå, hvordan meningsfulde historier lagres i den menneskelige hukommelse, er et centralt fokusområde for megen forskning i kognitiv psykologi.

Forskere ved Institute for Advanced Study, Emory University og Weizmann Institute of Science har for nylig forsøgt at modellere, hvordan folk repræsenterer meningsfulde fortællinger og lagrer dem i hukommelsen, ved hjælp af matematiske objekter kendt som "tilfældige træer". Deres artikel, der er offentliggjort i Physical Review Letters, præsenterer en ny konceptuel ramme for at studere menneskelige hukommelsesprocesser, der trækker på matematik, datalogi og fysik.

"Vores undersøgelse havde til formål at imødekomme et vigtigt behov: at skabe en matematisk teori om menneskelig hukommelse for meningsfuldt materiale som fortællinger," sagde Misha Tsodyks, seniorforfatter af artiklen. "Der er enighed i feltet om, at fortællinger er for komplekse til at bygge en sådan teori, men jeg mener, at vi har vist det modsatte: Trods kompleksiteten er der statistiske regelmæssigheder i, hvordan folk husker historier, som kan forudsiges ud fra et par enkle grundprincipper."

For effektivt at modellere repræsentationen af meningsfulde minder ved hjælp af tilfældige træer, udførte Tsodyks og kolleger historie-genkaldelseseksperimenter med et stort antal deltagere ved hjælp af onlineplatformene Amazon og Prolific. Undersøgelsen brugte fortællinger fra Labovs arbejde. I alt blev 100 personer bedt om at genkalde 11 historier af varierende længde (fra 20 til 200 sætninger), hvorefter forskerne analyserede hukommelsesudskrifterne for at teste deres teori.

"Vi valgte en samling af mundtlige beretninger optaget af den berømte lingvist W. Labov i 1960'erne," forklarede Tsodyks. "Vi indså hurtigt, at analyse af en sådan datamængde krævede brug af moderne kunstig intelligens-værktøjer i form af nyligt udviklede store sprogmodeller (LLM'er)."

Vi fandt ud af, at folk ikke blot husker individuelle begivenheder fra historier, men ofte opsummerer ret store dele af fortællingen (f.eks. episoder) i en enkelt sætning. Dette fik os til at tro, at fortællingen er lagret i hukommelsen som et træ, hvor knuder tættere på roden repræsenterer abstrakte opsummeringer af større episoder.

Tsodyks og hans kolleger fremsatte hypotesen om, at et træ, der repræsenterer en fortælling, dannes i det øjeblik, en person første gang hører eller læser en historie og forstår den. Da tidligere forskning viser, at forskellige mennesker opfatter de samme historier forskelligt, vil de træer, der dannes, have unikke strukturer.

"Vi formulerede modellen som et ensemble af tilfældige træer med en bestemt struktur," sagde Tsodyks. "Det smukke ved denne model er, at den kan beskrives matematisk, og dens forudsigelser kan testes direkte mod data, hvilket er, hvad vi gjorde. Den vigtigste innovation i vores tilfældige træmodel for hukommelse og genfinding er antagelsen om, at alt meningsfuldt materiale generelt er repræsenteret i hukommelsen på samme måde."

Vores forskning kan have bredere implikationer for forståelsen af menneskelige kognitive processer, da fortællinger synes at være en universel måde, hvorpå vi ræsonnerer om en bred vifte af fænomener i vores individuelle liv, såvel som i sociale og historiske processer."

Holdets nylige arbejde fremhæver potentialet i matematiske og AI-baserede tilgange til at studere, hvordan folk lagrer og repræsenterer meningsfuld information i deres hukommelse. I fremtidige studier planlægger Tsodyks og hans kolleger at vurdere, i hvilket omfang deres teori og tilgang til tilfældig træmodellering kan anvendes på andre typer fortællinger, såsom fiktion.

"En mere ambitiøs retning for fremtidig forskning ville være at søge efter mere direkte beviser for træmodellen," tilføjede Tsodyks. "Dette ville kræve udvikling af andre eksperimentelle protokoller end simpel afspilning. En anden interessant retning ville være at bruge hjernebilleddannelsesteknikker hos personer, der er engageret i narrativ forståelse og afspilning."