แบบจำลองทางคณิตศาสตร์อธิบายว่าผู้คนจดจำเรื่องราวต่างๆ ได้อย่างไรโดยใช้โครงสร้าง 'ต้นไม้สุ่ม'

มนุษย์สามารถจดจำข้อมูลได้หลากหลายประเภท ทั้งข้อเท็จจริง วันที่ เหตุการณ์ และแม้แต่เรื่องเล่าที่ซับซ้อน ความเข้าใจถึงวิธีการจัดเก็บเรื่องราวที่มีความหมายไว้ในความทรงจำของมนุษย์เป็นประเด็นสำคัญของงานวิจัยด้านจิตวิทยาการรู้คิด

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเพื่อการศึกษาระดับสูง มหาวิทยาลัยเอมอรี และสถาบันวิทยาศาสตร์ไวซ์มันน์ ได้พยายามสร้างแบบจำลองว่าผู้คนนำเสนอเรื่องราวที่มีความหมายอย่างไร และจัดเก็บเรื่องราวเหล่านั้นไว้ในความทรงจำโดยใช้วัตถุทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า “ต้นไม้สุ่ม” บทความของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Lettersนำเสนอกรอบแนวคิดใหม่สำหรับการศึกษากระบวนการจดจำของมนุษย์ โดยอาศัยคณิตศาสตร์ วิทยาการคอมพิวเตอร์ และฟิสิกส์

“การศึกษาของเรามุ่งเป้าไปที่การตอบสนองความต้องการสำคัญ นั่นคือการสร้างทฤษฎีทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับความทรงจำของมนุษย์สำหรับเนื้อหาที่มีความหมายอย่างเช่นเรื่องเล่า” มิชา โซดิกส์ ผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยกล่าว “มีความเห็นพ้องต้องกันในสาขานี้ว่าเรื่องเล่ามีความซับซ้อนเกินกว่าที่จะสร้างทฤษฎีดังกล่าวได้ แต่ฉันเชื่อว่าเราได้แสดงให้เห็นแล้วว่า แม้จะมีความซับซ้อน แต่ก็มีกฎเกณฑ์ทางสถิติในการจดจำเรื่องราวของมนุษย์ ซึ่งสามารถคาดการณ์ได้ด้วยหลักการพื้นฐานง่ายๆ เพียงไม่กี่ข้อ”

เพื่อจำลองการนำเสนอความทรงจำที่มีความหมายโดยใช้ต้นไม้สุ่มอย่างมีประสิทธิภาพ โซดีกส์และเพื่อนร่วมงานได้ทำการทดลองการระลึกถึงเรื่องราวกับผู้เข้าร่วมจำนวนมากโดยใช้แพลตฟอร์มออนไลน์อย่าง Amazon และ Prolific การศึกษานี้ใช้เรื่องเล่าจากงานของลาบอฟ ผู้เข้าร่วมทั้งหมด 100 คนได้รับคำสั่งให้ระลึกถึงเรื่องราว 11 เรื่องซึ่งมีความยาวแตกต่างกัน (ตั้งแต่ 20 ถึง 200 ประโยค) หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้วิเคราะห์บันทึกความทรงจำเพื่อทดสอบทฤษฎีของพวกเขา

“เราเลือกชุดประวัติศาสตร์เล่าขานที่บันทึกโดยนักภาษาศาสตร์ชื่อดัง ดับเบิลยู. ลาบอฟ ในช่วงทศวรรษ 1960” โซดิกส์อธิบาย “เราตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าการวิเคราะห์ข้อมูลปริมาณมหาศาลเช่นนี้จำเป็นต้องใช้เครื่องมือปัญญาประดิษฐ์สมัยใหม่ในรูปแบบของแบบจำลองภาษาขนาดใหญ่ (LLM) ที่พัฒนาขึ้นเมื่อไม่นานมานี้”

เราพบว่าผู้คนไม่เพียงแต่จดจำเหตุการณ์แต่ละเหตุการณ์จากเรื่องราวเท่านั้น แต่ยังสรุปเรื่องราวส่วนใหญ่ (เช่น ตอนต่างๆ) ไว้ในประโยคเดียวด้วย สิ่งนี้ทำให้เราเชื่อว่าเรื่องราวถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำแบบต้นไม้ โดยมีโหนดที่อยู่ใกล้กับรากมากกว่า ซึ่งแสดงถึงบทสรุปเชิงนามธรรมของเรื่องราวที่ยาวกว่า

โซดิกส์และเพื่อนร่วมงานตั้งสมมติฐานว่าต้นไม้ที่เป็นตัวแทนของเรื่องเล่าจะเกิดขึ้นในวินาทีที่คนๆ หนึ่งได้ยินหรืออ่านเรื่องราวและเข้าใจมันเป็นครั้งแรก เนื่องจากงานวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าผู้คนต่างรับรู้เรื่องราวเดียวกันต่างกัน ต้นไม้ที่ถูกสร้างขึ้นจึงมีโครงสร้างเฉพาะตัว

“เราได้สร้างแบบจำลองนี้ขึ้นเป็นกลุ่มของต้นไม้สุ่มที่มีโครงสร้างเฉพาะอย่างหนึ่ง” โซดีกส์กล่าว “จุดเด่นของแบบจำลองนี้คือสามารถอธิบายได้ทางคณิตศาสตร์ และสามารถนำการทำนายไปทดสอบกับข้อมูลได้โดยตรง ซึ่งเป็นสิ่งที่เราทำ นวัตกรรมหลักของแบบจำลองต้นไม้สุ่มของเราเกี่ยวกับหน่วยความจำและการดึงข้อมูล คือการตั้งสมมติฐานว่าข้อมูลที่มีความหมายทั้งหมดจะถูกแสดงในหน่วยความจำในลักษณะเดียวกัน

การวิจัยของเราอาจมีนัยยะที่กว้างกว่าสำหรับการทำความเข้าใจกระบวนการทางปัญญาของมนุษย์ เนื่องจากการเล่าเรื่องดูเหมือนจะเป็นวิธีการสากลที่เราใช้หาเหตุผลเกี่ยวกับปรากฏการณ์ต่างๆ มากมายในชีวิตของแต่ละบุคคล รวมถึงในกระบวนการทางสังคมและประวัติศาสตร์ด้วย

ผลงานล่าสุดของทีมวิจัยเน้นย้ำถึงศักยภาพของวิธีการทางคณิตศาสตร์และ AI ในการศึกษาวิธีที่ผู้คนจัดเก็บและแสดงข้อมูลที่มีความหมายในความทรงจำ ในการศึกษาในอนาคต โซดีกส์และเพื่อนร่วมงานวางแผนที่จะประเมินขอบเขตที่ทฤษฎีและวิธีการสร้างแบบจำลองต้นไม้สุ่มของพวกเขาสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับเรื่องเล่าประเภทอื่นๆ เช่น นิยายได้

“ทิศทางที่ทะเยอทะยานกว่าสำหรับการวิจัยในอนาคตคือการแสวงหาหลักฐานที่ตรงประเด็นมากขึ้นสำหรับแบบจำลองต้นไม้” โซดีกส์กล่าวเสริม “สิ่งนี้จำเป็นต้องพัฒนาโปรโตคอลการทดลองอื่นๆ นอกเหนือจากการเล่นซ้ำแบบง่ายๆ อีกแนวทางที่น่าสนใจคือการใช้เทคนิคการถ่ายภาพสมองในผู้ที่มีความเข้าใจเชิงบรรยายและการเล่นซ้ำ”