ヒトにおける連続的な聴覚パターンの長期暗黙の記憶

Long-term implicit memory for sequential auditory patterns in humans.

• Roberta Bianco
• Peter Mc Harrison
• Mingyue Hu
• Cora Bolger
• Samantha Picken
• Marcus T Pearce
• Maria Chait

抄録

複数の時間スケールでの記憶は、周囲の構造を発見したり、効率的に環境と対話したりする能力にとって非常に重要です。我々は行動操作とモデリングを組み合わせて、めったに繰り返されない音響パターンの記憶形成のダイナミクスを調査した。一連の実験では、参加者は急速なトーンピップシーケンスの中に定期的に繰り返されるパターンの出現を検出した。参加者は知らなかったのですが、いくつかのパターンが約3分ごとに繰り返されていました。すべてのシーケンスは同じ20の周波数で構成されており、トーンピップの順番だけで区別できました。これにもかかわらず、繰り返し発生するパターンは、新規パターンよりも検出時間の優位性が急速に高まっていました。この効果は暗黙的で、干渉に強く、7週間持続した。この結果は、記憶形成における短期(数秒)と長期(数分以上)の統合の間の相互作用を示唆しており、音響環境の中で散発的に繰り返される構造に対する人間の聴覚系の顕著な感度を実証している。

Memory, on multiple timescales, is critical to our ability to discover the structure of our surroundings, and efficiently interact with the environment. We combined behavioural manipulation and modelling to investigate the dynamics of memory formation for rarely reoccurring acoustic patterns. In a series of experiments, participants detected the emergence of regularly repeating patterns within rapid tone-pip sequences. Unbeknownst to them, a few patterns reoccurred every ~3 min. All sequences consisted of the same 20 frequencies and were distinguishable only by the order of tone-pips. Despite this, reoccurring patterns were associated with a rapidly growing detection-time advantage over novel patterns. This effect was implicit, robust to interference, and persisted for 7 weeks. The results implicate an interplay between short (a few seconds) and long-term (over many minutes) integration in memory formation and demonstrate the remarkable sensitivity of the human auditory system to sporadically reoccurring structure within the acoustic environment.

足音が近づいてくる音や人が話している音などの音のパターンは、しばしば貴重な情報を提供してくれます。これらのパターンを認識するために、私たちの記憶は、音のシーケンスの各部分を、それらがどのように組み合わされているかを認識するのに十分な長さで保持していなければなりません。この能力は多くの状況で必要とされています：森の中のランダムな雑音を識別したり、言語を理解したり、音楽を鑑賞したりすることから。それぞれの音が残した記憶の痕跡は、新しいパターンを発見したり、以前に遭遇したパターンを認識したりするために非常に重要である。しかし、散発的に繰り返される音が、どのような条件で記憶に残るのか、また、どのような状況で記憶に残るのかは不明でした。この疑問に答えるために、Biancoらは、20個のランダムな音を、繰り返しパターンを挟んで急速に連続して聞くという一連の実験を行った。参加者は、繰り返しパターンを検出したらすぐにボタンを押すように求められた。ほとんどのパターンは新しいものであったが、一部のパターンは3分ごとに繰り返され、聞き手は気づかなかった。Biancoらは、繰り返しパターンが繰り返されるたびに、参加者の認識速度が徐々に速くなり、最初の訓練から少なくとも7週間は持続する永続的な記憶が徐々に形成されることを発見しました。ボランティアは他のテストではこれらの保持されたパターンを認識しなかったため、これらの記憶に気づかなかったことを示唆している。このことは、歌のメロディーのような意味のある音を記憶するだけでなく、人は知らず知らずのうちに、めったに出会わない音を含む任意の音の複雑なパターンを記憶している可能性があることを示唆しています。これらの発見は、人間が音のパターンをどのように発見し、認識しているかについての新たな知見を提供するものであり、これは記憶障害や聴覚障害に関連する疾患の治療に役立つ可能性がある。このような音のパターンの記憶が作られる際に脳内で何が起こっているのか、また、これが他の感覚や他の種でも起こっているのかどうかを理解するためには、さらなる研究が必要である。

Patterns of sound – such as the noise of footsteps approaching or a person speaking – often provide valuable information. To recognize these patterns, our memory must hold each part of the sound sequence long enough to perceive how they fit together. This ability is necessary in many situations: from discriminating between random noises in the woods to understanding language and appreciating music. Memory traces left by each sound are crucial for discovering new patterns and recognizing patterns we have previously encountered. However, it remained unclear whether sounds that reoccur sporadically can stick in our memory, and under what conditions this happens. To answer this question, Bianco et al. conducted a series of experiments where human volunteers listened to rapid sequences of 20 random tones interspersed with repeated patterns. Participants were asked to press a button as soon as they detected a repeating pattern. Most of the patterns were new but some reoccurred every three minutes or so unbeknownst to the listener. Bianco et al. found that participants became progressively faster at recognizing a repeated pattern each time it reoccurred, gradually forming an enduring memory which lasted at least seven weeks after the initial training. The volunteers did not recognize these retained patterns in other tests suggesting they were unaware of these memories. This suggests that as well as remembering meaningful sounds, like the melody of a song, people can also unknowingly memorize the complex pattern of arbitrary sounds, including ones they rarely encounter. These findings provide new insights into how humans discover and recognize sound patterns which could help treat diseases associated with impaired memory and hearing. More studies are needed to understand what exactly happens in the brain as these memories of sound patterns are created, and whether this also happens for other senses and in other species.

© 2020, Bianco et al.