Математическая модель объяснила, как люди запоминают истории, используя структуру «случайных деревьев»

Люди способны запоминать различные типы информации, включая факты, даты, события и даже сложные повествования. Понимание того, как осмысленные истории сохраняются в памяти человека, является одной из ключевых задач множества исследований в области когнитивной психологии.

Учёные из Института перспективных исследований, Университета Эмори и Института Вейцмана недавно предприняли попытку смоделировать, как люди представляют осмысленные повествования и хранят их в памяти, используя математические объекты, известные как «случайные деревья». Их статья, опубликованная в Physical Review Letters, представляет новую концептуальную основу для изучения процессов человеческой памяти, основанную на математике, информатике и физике.

«Наше исследование было направлено на решение важной задачи - создание математической теории человеческой памяти для осмысленного материала, такого как повествования», - сказал Миша Цодыкс, старший автор статьи. - «Существует своего рода консенсус в этой области, что повествования слишком сложны для построения подобной теории, но я считаю, что мы доказали обратное: несмотря на сложность, существуют статистические закономерности в том, как люди воспроизводят истории, которые можно предсказать с помощью нескольких простых базовых принципов».

Чтобы эффективно смоделировать представление осмысленных воспоминаний с использованием случайных деревьев, Цодыкс и его коллеги провели эксперименты по воспроизведению рассказов с большим количеством участников, используя онлайн‑платформы Amazon и Prolific. В исследовании использовались повествования из работы У. Лабова. В целом 100 человек просили вспомнить 11 рассказов разной длины (от 20 до 200 предложений), после чего учёные проанализировали записи воспоминаний для проверки своей теории.

«Мы выбрали коллекцию устных рассказов, записанных известным лингвистом У. Лабовым в 1960‑е годы», - объяснил Цодыкс. - «Мы быстро поняли, что анализ такого объёма данных требует использования современных инструментов искусственного интеллекта в виде недавно разработанных больших языковых моделей (LLM).

Мы обнаружили, что люди не просто вспоминают отдельные события из рассказов, а часто суммируют достаточно большие части повествования (например, эпизоды) в одном предложении. Это навело нас на мысль, что повествование хранится в памяти в виде дерева, где узлы, расположенные ближе к корню, представляют собой абстрактные краткие резюме более крупных эпизодов».

Цодыкс и его коллеги выдвинули гипотезу, что дерево, представляющее повествование, формируется в тот момент, когда человек впервые слышит или читает историю и понимает её. Так как предыдущие исследования показывают, что разные люди по‑своему воспринимают одни и те же истории, сформированные деревья будут иметь уникальные структуры.

«Мы сформулировали модель в виде ансамбля случайных деревьев определённой структуры», - сказал Цодыкс. - «Прелесть этой модели в том, что её можно описать математически, а её предсказания можно напрямую проверить на данных, что мы и сделали. Основное новшество нашей модели памяти и воспроизведения с использованием случайных деревьев заключается в предположении, что любой осмысленный материал в целом представляется в памяти одинаковым образом.

Наше исследование может иметь более широкие последствия для понимания когнитивных процессов человека, поскольку повествования, по‑видимому, являются универсальным способом, с помощью которого мы рассуждаем о самых разных явлениях в нашей индивидуальной жизни, а также в социальных и исторических процессах».

Недавняя работа этой команды исследователей подчёркивает потенциал математических подходов и методов на основе ИИ для изучения того, как люди хранят и представляют осмысленную информацию в своей памяти. В последующих исследованиях Цодыкс и его коллеги планируют оценить, в какой степени их теория и подход моделирования случайных деревьев могут применяться к другим типам повествований, например к художественным произведениям.

«Более амбициозным направлением для будущих исследований будет поиск более прямых доказательств модели дерева», - добавил Цодыкс. - «Для этого потребуется разрабатывать другие экспериментальные протоколы, помимо простого воспроизведения. Ещё одним интересным направлением может стать использование методов визуализации мозга у людей, занятых пониманием и воспроизведением повествований».