数学モデルは「ランダムツリー」構造を用いて人々が物語を記憶する方法を説明する

人間は、事実、日付、出来事、さらには複雑な物語など、多種多様な情報を記憶することができます。意味のある物語が人間の記憶にどのように保存されるかを理解することは、認知心理学における多くの研究の重要な焦点です。

エモリー大学高等研究所とワイツマン科学研究所の科学者たちは最近、「ランダムツリー」と呼ばれる数学的オブジェクトを用いて、人々がどのように意味のある物語を表現し、記憶に保存するかをモデル化する試みを行った。Physical Review Letters誌に掲載された論文は、数学、コンピュータサイエンス、物理学を基盤とした、人間の記憶プロセスを研究するための新たな概念的枠組みを提示している。

「私たちの研究は、物語のような意味のある資料に関する人間の記憶の数学的理論を構築するという重要なニーズに応えることを目指しました」と、論文の筆頭著者であるミシャ・ツォディクス氏は述べています。「物語は複雑すぎてそのような理論を構築するのは難しいというのが、この分野でのコンセンサスですが、私たちはそうではないことを示したと信じています。複雑さにもかかわらず、人々が物語を思い出す方法には統計的な規則性があり、それはいくつかの単純な基本原則によって予測できるのです。」

ランダムツリーを用いて意味のある記憶の表現を効果的にモデル化するため、ツォディクス氏らは、オンラインプラットフォームAmazonとProlificを利用して、多数の参加者を対象に物語想起実験を実施した。この研究では、ラボフ氏の研究から物語が用いられた。合計100人の被験者に、長さの異なる11の物語（20文から200文まで）を想起するよう依頼し、その後、科学者らは記憶の記録を分析して理論を検証した。

「私たちは、1960年代に著名な言語学者W・ラボフが記録した口述歴史集を選びました」とツォディクス氏は説明する。「これほど膨大な量のデータを分析するには、最近開発された大規模言語モデル（LLM）といった最新の人工知能ツールの使用が必要であることがすぐに分かりました。」

人々は物語の中の個々の出来事を思い出すだけでなく、物語のかなり大きな部分（例えばエピソード）を一文で要約することが多いことが分かりました。このことから、物語は記憶の中に木として保存され、根に近いノードはより大きなエピソードの抽象的な要約を表していると考えられます。

ツォディクス氏とその同僚は、物語を表す木は、人が初めて物語を聞いたり読んだりして理解した瞬間に形成されるという仮説を立てました。過去の研究で、同じ物語でも人によって認識が異なることが示されているため、形成される木はそれぞれ独自の構造を持つことになります。

「私たちは、ある構造を持つランダムツリーの集合体としてモデルを定式化しました」とツォディクス氏は述べた。「このモデルの優れた点は、数学的に記述でき、その予測をデータと直接比較して検証できることです。まさに私たちが行ったことです。記憶と想起に関する私たちのランダムツリーモデルの主な革新性は、意味のある内容はすべて、一般的に記憶の中で同じように表現されるという仮定です。」

物語は、社会や歴史のプロセスだけでなく、個人の生活におけるさまざまな現象について推論するための普遍的な方法であると思われるため、私たちの研究は、人間の認知プロセスを理解する上でより広範な影響を与える可能性があります。」

研究チームの最近の研究は、人々が記憶の中で意味のある情報をどのように保存し、表現するかを研究するための数学的およびAIに基づくアプローチの可能性を浮き彫りにしています。今後の研究において、ツォディクス氏らは、この理論とランダムツリーモデリングのアプローチが、フィクションなどの他の種類の物語にどの程度適用できるかを評価する予定です。

「今後の研究のより野心的な方向性としては、樹木モデルのより直接的な証拠を探すことが挙げられます」とツォディクス氏は付け加えた。「そのためには、単純な再生以外の実験プロトコルの開発が必要になるでしょう。もう一つの興味深い方向性としては、物語の理解と再生を行っている人々の脳画像技術を用いることが挙げられます。」