当记忆与想象共享同一把钥匙：Hassabis 等人 2007 年海马体研究深度解读

> 论文信息：Hassabis, D., Kumaran, D., Vann, S.D., & Maguire, E.A. (2007). Patients with hippocampal amnesia cannot imagine new experiences. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104(5), 1726-1731.

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> DOI: 10.1073/pnas.0610561104

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> 全文链接: PMC Free Article | PNAS 原文

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> 🏆 被引用超过 1700 次 · Science 杂志 2007 年十大科学突破之一

一、论文背景：一个即将改变 AI 历史的博士生

1.1 作者团队

这篇论文的第一作者 Demis Hassabis，在 2007 年还只是伦敦大学学院（UCL）的一名博士研究生。但这不是一个普通的博士生。

Hassabis 1976 年出生于伦敦，父亲是希腊裔塞浦路斯人，母亲是新加坡华人。他 4 岁开始下国际象棋，13 岁达到大师级水平（Elo 2300），是一位不折不扣的天才少年。17 岁时，他在传奇游戏设计师 Peter Molyneux 的 Bullfrog Productions 公司参与设计了经典游戏 Theme Park，销量数百万份。之后他进入剑桥大学攻读计算机科学，以双一等荣誉学位毕业。

在游戏行业工作数年后——包括创办自己的游戏公司 Elixir Studios——Hassabis 做出了一个出人意料的决定：放弃商业上的成功，回到学术界攻读认知神经科学博士。他的导师是 UCL 著名的神经科学家 Eleanor Maguire 教授，后者因研究伦敦出租车司机的海马体而闻名世界（她发现出租车司机的海马体比普通人更大）。

其他合作者包括：

1.2 研究动机：一个令人惊讶的空白

在 2007 年之前，神经科学界对海马体（hippocampus）的认知有一个根深蒂固的框架：海马体是记忆的器官。自从著名患者 H.M.（Henry Molaison）在 1953 年因海马体切除手术后丧失形成新记忆的能力以来，数十年的研究都聚焦在海马体如何储存和提取记忆。

但 Hassabis 注意到了一个被所有人忽视的问题：

> 如果海马体受损的患者无法回忆过去，他们还能想象新的体验吗？

这个问题看似简单，却在此前从未被系统地研究过。之前的研究暗示失忆症患者在展望未来时存在困难，但"想象全新体验"这个更一般性的问题一直无人正式检验。

Hassabis 的直觉是：回忆过去和想象未来，可能依赖同一个大脑机制。如果记忆不是简单的"录像回放"，而是一个每次都需要重新建构的过程，那么这个建构能力本身就可能依赖海马体——而这种建构能力，同样可以被用来创造全新的心理体验。

二、实验设计：简洁而精妙

2.1 被试

患者组（n = 5）：5 名男性失忆症患者，均有双侧海马体的原发性损伤（primary bilateral hippocampal damage）。这些患者有明确的情景记忆障碍（episodic memory deficit），但语义记忆（如常识、词汇）基本保留，智力水平正常。

对照组（n = 10）：10 名健康被试，在年龄、教育水平和智商（IQ）方面与患者组匹配。

2.2 实验任务：场景建构测试

实验的核心是一个精心设计的"想象力测试"。研究者给被试一系列简短的语言提示，描述日常生活中的场景，然后要求他们闭上眼睛，想象自己身处该场景中，并尽可能详细地描述他们"看到"和"体验到"的一切。

10 个场景涵盖了多样化的主题：

关键规则：

2.3 评分系统

研究者开发了一套系统化的评分方案，核心指标是体验指数（Experiential Index），满分 60 分，由四个子维度组成：

维度评估内容
**信息内容**空间参照（位置描述）、实体（人物/物体数量）、感官描述、思维/情感/动作
**参与者自评**临场感（感觉自己真的在那里）、画面清晰度
**空间连贯性指数**想象的场景是否构成一个完整、连贯的三维空间
**质量评分**独立评分者对想象体验整体质量的判断

2.4 一个聪明的控制：排除语义检索障碍

为了排除患者的缺陷仅仅是因为"无法从记忆中检索相关知识"，研究者还设计了一个辅助条件：随机选取一名患者，在想象场景前提供相关的图片、声音和气味材料，让他不需要从记忆中提取这些信息。

三、核心发现：想象力的崩塌

3.1 主要结果

结果是惊人的，而且非常清晰：

海马体损伤患者的体验指数（27.54 ± 13.12）显著低于对照组（45.06 ± 4.02），p = 0.002。

患者在想象新体验方面存在严重缺陷——这不是程度上的轻微下降，而是一种质的差异。

3.2 碎片化的想象世界

最引人入胜的发现在于缺陷的具体性质。在四个子维度中，空间连贯性（Spatial Coherence） 的差异最为显著：

这意味着什么？让我们通过论文中的实例来感受：

场景提示：想象自己在沙滩上

> 患者的描述：

> "嗯……我能看到蓝色的大海和蓝色的天空。还有沙子。有些人可能在那里……呃……可能有一把遮阳伞。那是棕色的。"

>

> （零散的元素罗列，没有空间关系，像一堆独立的图像碎片）

> 对照组的描述：

> "我正站在温暖的沙滩上，脚下是细软的金色沙子。前方大约 20 米是大海，海浪轻轻拍打着岸边。我的左边有一个家庭正在搭帐篷，小孩在追着一只海鸥跑。右边远处有一排棕榈树。空气中弥漫着防晒霜和海水的味道。阳光晒得我皮肤发热……"

>

> （完整的三维空间，有方位关系、动态行为、多感官体验）

对照组的描述读起来像是一段身临其境的体验——有方向、有距离、有前后左右的空间关系。而患者的描述则像是一堆散落在桌子上的拼图碎片，每一块都认得出来，但就是无法拼成一幅完整的画面。

3.3 排除了哪些替代解释？

研究者系统性地排除了多种替代解释：

1. 不是任务难度问题：患者和对照组对任务难度的自我评估没有显著差异（均为约 2.2/5），说明患者主观上并不觉得这个任务更难。

2. 不是对照组在"偷用"真实记忆：对照组对"想象内容与真实记忆的相似度"评分很低（2.03/5），证实他们确实在创造新体验而非回忆旧的。

3. 不是语义知识检索障碍：即使给患者提供场景相关的图片、声音和气味等辅助材料，他们的表现仍然没有改善（体验指数 p = 0.96，无显著差异）。

4. 不是简单视觉想象力的问题：患者可以想象单个物体或面孔——他们缺失的是将这些元素整合到一个连贯空间场景中的能力。

3.4 核心结论

> 海马体的关键功能不仅是存储记忆，更是提供"空间脚手架"（spatial scaffold），让大脑能够将零散的元素绑定到一个连贯的三维场景中。

无论是回忆过去还是想象未来，都需要这个建构过程。海马体受损的患者丧失的不只是"记忆硬盘"，而是组装体验的能力本身。

四、理论意义：记忆不是录像带

4.1 打破"记忆 = 录像机"的传统观念

长久以来，公众甚至许多科学家都隐含地持有一种"录像机模型"：记忆就像一台摄像机，忠实地记录下我们经历的一切，回忆就是按下"播放"键。在这个模型下，海马体就像是一个硬盘——损坏了，录像就播不出来了，但与"创造新体验"无关。

Hassabis 等人的发现彻底颠覆了这个模型。

如果记忆真的是录像回放，那么海马体受损的患者只应该"播不出旧录像"，但他们"拍新片"的能力应该完好无损。然而事实恰恰相反：他们不仅看不了"旧片"，连"新片"也拍不了。

这只能说明一件事：记忆从来就不是"录像"，而是每次回忆都需要重新建构的过程。

4.2 建构性情景模拟假说（Constructive Episodic Simulation Hypothesis）

Hassabis 的发现与同年（2007 年）由哈佛大学 Daniel Schacter 和 Donna Rose Addis 提出的"建构性情景模拟假说"（Constructive Episodic Simulation Hypothesis） 形成了完美呼应。

这个假说的核心思想是：

1. 情景记忆系统的首要功能不是记录过去，而是为想象和规划提供素材。 记忆之所以存在，是为了让我们能够灵活地组合过去的片段，模拟尚未发生的场景。

2. 回忆过去和想象未来依赖同一个神经机制。 当我们"回忆"一段经历时，大脑实际上是在从各种来源提取片段，然后实时拼装成一个看似连贯的"故事"。这就是为什么记忆会出错、会混淆、会受到暗示影响——因为它本来就不是"回放"，而是"重建"。

3. 海马体是这个建构过程的核心枢纽。 它提供空间框架，将来自不同皮层区域的感觉碎片（视觉、听觉、嗅觉、情感……）绑定到一个统一的时空场景中。

Hassabis 的临床数据为这个假说提供了最直接的因果证据：当建构引擎（海马体）被破坏时，不仅过去的体验无法重建，全新的体验也无法创造。

4.3 场景建构理论（Scene Construction Theory）

Hassabis 和 Maguire 后来进一步发展出了"场景建构理论"（Scene Construction Theory），认为海马体的核心功能是构建和维护复杂的空间场景——这种能力是情景记忆、想象、导航、甚至某些形式的决策的共同基础。

这意味着海马体不是一个"记忆专用"结构，而是一个更基础的认知引擎，服务于所有需要"空间化思维"的心理过程。

五、后续影响：从实验室到 AI 的跨越

5.1 对神经科学的影响

这篇论文开辟了认知神经科学的一个全新子领域——想象的神经科学（neuroscience of imagination）。Hassabis 在其 CV 中指出，这项工作"subsequently opened up a whole new subfield in cognitive neuroscience of imagination"。

后续研究纷涌而来：

5.2 对心理学的影响

这项研究改变了心理学对几个核心概念的理解：

5.3 从神经科学到 DeepMind

这是整个故事中最引人注目的部分。

2009 年，Hassabis 完成了他在 UCL 的博士学位（论文题目：Neural Processes Underpinning Episodic Memory），之后在 MIT 和 Harvard 做了短期博士后。2010 年，他与 Shane Legg 和 Mustafa Suleyman 在伦敦共同创办了 DeepMind——后来被 Google 以约 5 亿英镑收购，并创造了 AlphaGo、AlphaFold 等里程碑式的 AI 系统。

Hassabis 多次在访谈中表示，他的神经科学研究直接启发了 DeepMind 的核心 AI 理念。具体来说：

1. 经验回放（Experience Replay）：DeepMind 在 2015 年发表于 Nature 的突破性论文中（Mnih et al., 2015），使用深度强化学习玩 Atari 游戏，其中一个关键技术就是"经验回放"——让 AI 智能体反复"回忆"过去的经验来优化学习。这直接借鉴了海马体在睡眠期间重放（replay）白天经历的神经科学发现。

2. 想象式回放（Imagination Replay）：更深层的联系在于"想象"的概念。DeepMind 后来的研究（如 Mattar & Daw, 2018）探索了"想象式回放"——AI 不仅回放真实经历，还生成从未发生过的虚拟经历来训练自己。这与 Hassabis 在 2007 年论文中发现的海马体"建构新体验"的功能形成了直接对应。

3. 世界模型（World Models）：Hassabis 关于海马体作为"空间脚手架"的洞见，影响了 DeepMind 在"世界模型"方向的研究——让 AI 在内部建构一个环境模型，在其中进行模拟和规划，而不是依赖纯试错。

正如 Hassabis 自己所言：他在博士期间发现记忆系统的一个核心功能是想象新场景以辅助规划，这个洞见后来成为 DeepMind 设计 AI 系统的指导原则之一。

六、对 AI 的深层启示

6.1 记忆 ≠ 数据库

当前主流的 AI 系统（尤其是大语言模型）在很大意义上将"记忆"视为数据存储和检索。RAG（检索增强生成）就是典型：把信息存进向量数据库，需要时检索出来。

但 Hassabis 的研究告诉我们，生物智能中的记忆远不止于此。真正的记忆是建构性的——它不是提取一个完整的记录，而是从片段中实时组装出一个连贯的体验。这意味着 AI 系统可能需要超越"存取"范式，走向"建构"范式。

6.2 想象力是智能的核心

如果智能的本质不在于记住了多少信息，而在于能否灵活地重组已有知识来创造新的心理模拟，那么 AI 研究应该更加重视"想象"能力的实现。

这已经在几个方向上有了初步进展：

6.3 空间认知的基础性

Hassabis 的研究强调了空间认知在高级认知功能中的基础作用。海马体提供的"空间脚手架"不仅服务于导航，也服务于记忆和想象。这暗示 AI 系统中，空间理解（spatial understanding）可能是通向更通用智能的关键路径之一——这与当前 AI 在空间推理方面的明显弱点形成了有趣的对照。

6.4 从 Hassabis 的轨迹看"神经科学启发的 AI"

Hassabis 的个人轨迹本身就是一个关于"神经科学如何启发 AI"的最佳案例。他不是简单地将脑科学发现翻译成算法——他从根本上改变了对智能本质的理解，然后基于这种理解来设计 AI 系统。

2024 年，Hassabis 因 AlphaFold 的工作获得诺贝尔化学奖。从研究海马体中的记忆与想象，到创造能够预测蛋白质结构的 AI，这条路径看似曲折，实则有着深刻的内在逻辑：理解大脑如何建构现实，然后让机器也学会建构。

七、总结

Hassabis 等人 2007 年的这篇论文，用一个简洁而优雅的实验设计，揭示了一个深刻的真理：

> 记忆与想象是同一枚硬币的两面，而海马体是铸造这枚硬币的模具。

这不仅重新定义了神经科学对海马体和记忆的理解，也为 AI 领域提供了关于智能本质的重要启示。当我们下一次想起某个场景、幻想一次旅行、或者计划明天的日程时，我们的海马体正在做的，其实与创造一个全新的虚拟世界没有本质区别。

而这正是 Hassabis 在博士研究中发现的洞见，后来成为了他创建世界上最有影响力的 AI 实验室的智识基础。

参考文献

1. Hassabis, D., Kumaran, D., Vann, S.D., & Maguire, E.A. (2007). Patients with hippocampal amnesia cannot imagine new experiences. PNAS, 104(5), 1726-1731. DOI: 10.1073/pnas.0610561104 | PMC Free | PubMed

2. Schacter, D.L. & Addis, D.R. (2007). The cognitive neuroscience of constructive memory: remembering the past and imagining the future. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 362(1481), 773-786. DOI: 10.1098/rstb.2007.2087 | PMC Free

3. Hassabis, D., Kumaran, D., & Maguire, E.A. (2007). Using imagination to understand the neural basis of episodic memory. Journal of Neuroscience, 27(52), 14365-14374. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1799-07.2007

4. Hassabis, D. & Maguire, E.A. (2007). Deconstructing episodic memory with construction. Trends in Cognitive Sciences, 11(7), 299-306. DOI: 10.1016/j.tics.2007.05.001

5. Mnih, V., Kavukcuoglu, K., Silver, D., Rusu, A.A., Veness, J., Bellemare, M.G., ... & Hassabis, D. (2015). Human-level control through deep reinforcement learning. Nature, 518(7540), 529-533. DOI: 10.1038/nature14236

6. Hassabis, D., Kumaran, D., Summerfield, C., & Botvinick, M. (2017). Neuroscience-inspired artificial intelligence. Neuron, 95(2), 245-258. DOI: 10.1016/j.neuron.2017.06.011

7. Mattar, M.G. & Daw, N.D. (2018). Prioritized memory access explains planning and hippocampal replay. Nature Neuroscience, 21, 1609-1617. DOI: 10.1038/s41593-018-0232-z

8. Hassabis, D. (2009). Neural Processes Underpinning Episodic Memory. PhD Thesis, University College London. UCL Discovery

报告撰写日期：2026 年 3 月 20 日