在公元前4世紀末,亞裏士多德成為了第一個提出了有關記憶概念的人。隻不過,今天我們所認為的一些大腦的功能,在他那時主要被當作了心髒的功能。他認識到了心髒的部分功能與血液有關,而記憶則是以血液流動為基礎的。
有關記憶
人的大腦是一個記憶的寶庫,人腦經曆過的事物、思考過的問題、體驗過的情感和情緒、練習過的動作,都可以成為人們記憶的內容。例如英文的學習中單詞、短語和句子,甚至文章的內容都是通過記憶完成的。
記憶(memory)是一個從“記”到”“憶”的過程,是在頭腦中積累和保存個體經驗的心理過程。從信息加工的觀點來看,記憶就是人腦對外界輸入的信息進行信息編碼、儲存和提取。我們感知過的事情、思考過的問題、體驗過的感情或從事過的活動,都會在頭腦中留下或深或淺不同程度的印象,其中有一部分作為經驗長期保留了下來,在一定條件下還能恢複,這就是記憶。如果沒有記憶的參與,那麼我們就不能分辨和確認周圍的事物,作為過去的經驗,它是非常重要的。
記憶的基本過程為信息編碼、儲存和提取,任何信息隻有通過它們才可能成為個體可以保持和利用的經驗。
信息編碼(encoding),我們獲得個體經驗的過程,或者說是對外界信息進行形式交換的過程。在整個記憶係統中,編碼擁有不同的水平或層次,並以不同的形式存在著。與此同時,信息編碼也是一個開展的過程,它包括了對外界的信息進行反複感知、思考、體驗和操作。因為新的信息必須與人們已有的知識結構形成練習,並彙入舊的知識結構中才能獲得鞏固。不過在某些情況下,隻有一次的經曆也可以使我們牢固地記下。比如在某些事物與自己的需要、興趣和情感密切的情況下。
存儲(storage)指把感知過的事物、體驗過的感情、做過的動作、思考過的問題等,通過一定的形式保持在人腦中。作為記憶的中間環節,存儲有著重要的作用,可以說沒有它就沒有記憶。
提取(retrieval)是從記憶中查找已有信息的過程,是記憶過程的最後一個階段,記憶的好與壞就是通過它來表現的。
不看不知道
關於記憶的神經機製
不知道您是否還記得我們在前麵提到過的布羅卡。對,就是提出了“腦功能定位思想”的布羅卡。我們的大腦皮層上還有一個由他的名字命名的區域,包括了“聽覺性運動中樞”和“運動性語言中樞”。恭喜您都答對了,看來您的記憶力還不錯。即便您沒想起來也沒關係,興許了解了記憶的機製後您便豁然開朗,然後就記住了。
通過研究發現,記憶和大腦的一些特定區域關聯密切。潘菲爾德(Penfield)在醫治眼中癲癇患者的時候,發現用微電極刺激患者大腦皮層的顳葉時,可以引起其鮮明的往事回憶。此後不久,魯利亞(Luriya)指出丘腦下部組織及部分邊緣係統受到損傷時,患者將對自己的記憶沒有信心,對材料的敘述淩亂且不連貫,甚至有時會漏掉部分內容。另外網狀激活係統對記憶也有重要的作用,它能保證記憶所要求的最佳皮層緊張度或者充分的覺醒狀態。
麥克高夫(McGaugh)等人還做過一個有趣的實驗。他們讓猴子注視實驗者和兩個容器,其中一個容器中裝著食物,相隔一段時間後,猴子才被允許去拿食物。結果發現,如果猴子的前額葉遭到破壞,它的選擇性反應就會發生錯亂,導致它將不能攝取食物。用人類進行的研究還表明,人腦左半球語言運動區受到損傷後將造成語言記憶的損傷,這意味著患者可以記住別人的臉而難以記住單詞;當額葉受損嚴重時,患者會出現缺乏計劃能力的症狀,而且他將不能形成牢固的行為動機,也不能進行有目的的回憶。
但也有不少人認為記憶並不是皮層上某個特殊部位的功能。美國心理學家拉胥裏(Lashley)指出記憶是大腦皮層活動的結果,和腦的各個部分都有關係。拉胥裏通過破壞動物大腦皮層的不同區域的試驗方法發現,大腦皮層被破壞的區域越大,記憶喪失的就越嚴重。以此,拉胥裏認為記憶的保持並非僅依賴於大腦皮層的精細結構定位,而是整個大腦皮層的共同勞作。20世紀40年代末出現的“細胞集合”理論支持了這一看法。細胞集合理論認為神經元間形成了一個龐大而複雜的神經通路係統,任何一個神經元都不能離開細胞群而獨自行動。一個神經元可以是某一個神經通路上的環節,也可以是另一條神經通路上的組成部分。所以,記憶的“痕跡”並不是依靠某一固定的神經通路,而是涉及了成千上萬甚至上百萬的神經元相互聯係的。
不知道您是否也經曆過這樣的一個情景:半睡半醒地坐在教室裏,努力集中精神,最終以徒勞無功而告終。《自然—神經學》(Nature Neuroscience)上的一篇文章中,馬修·沃克(Matthew Walker)和哈佛醫學院的合作者,報道了年輕人的記憶形成與夜間睡眠缺乏之間的關係,從而解釋了這一問題。
在過去的十年中,科學家逐漸認識到睡眠和記憶之間的複雜關聯。睡眠不僅為編碼新的記憶做好了準備,而且為大腦提供了一個鞏固、整合信息的機會。因此,睡眠可以使記憶更持久,讓記憶可以抵禦更多的幹擾。舉例來說,一個晚上的睡眠可以讓你更好地記住前一天晚上學習的東西。但研究顯示,睡眠也能識別、選擇和保存記憶的關鍵特征,讓第二天留下來的記憶更有用。這樣一來,一晚上的睡眠就增加了你發現一個數學演算過程的捷徑的可能性,而這可能是你前一天晚上需要很費力地演算才能達到的。
科學家就已經發現,不管我們是不是試著去記住一些東西,睡眠對於集中精力做一件工作都是必須的。尤其是,睡眠的缺乏導致前額頂葉承擔認知任務的注意力網絡活性減少。
另外,前額皮質控製的執行功能的能力,在缺乏後,比其他認知能力(如知覺和記憶測驗)更弱。這些發現使研究人員懷疑,完全是因為睡眠缺失導致記憶編碼不足,從而使人不能集中注意力。
注意力分散似乎可以說明個體睡眠缺失使記憶形成的能力下降。但對動物的研究顯示,和記憶形成困難有關的不隻是注意力問題。人類和動物研究都表明,海馬區對於記憶的形成非常關鍵。在分子水平上,這些記憶的形成依賴於一個叫做長時程增強(LTP)的程序,它增強了神經細胞之間的聯係,以更容易的方式在它們之間交換信號,使記憶形成可能發生。
長時程增強過程可以在老鼠海馬區的切片上看到。當一隻老鼠被“剝奪”了睡眠後,在其海馬區的切片標本上可以看出長時程增強過程被弱化了。
很明顯,這和注意力沒有任何關係,而和海馬區的功能有關係。利用核磁共振成像,科學家監視了成年人的大腦活動,他們有的在前一天晚上正常睡覺了,有的根本沒睡。他們要求受試者從主題為人、物體、風景等情景的150張照片前走過,並將這些照片分成室內的和室外的兩類;同時掃描了這些人的大腦。兩天以後,當兩個組的人都很好地休息了以後,科學家向他們出示同樣的150張照片,又在其中混雜了75張新的,要求他們辨別哪些是他們曾經看到的。結果顯示,前兩天睡眠缺乏的那一組,忘記的照片數量大約是睡眠正常的那一組的兩倍。
後來,科學家又進行了同樣的照片觀察試驗,這一次的目的在於,觀察兩組受試者在看到照片時,大腦的哪些部分在活動。雖然兩組受試者的同一腦區都表現出活躍跡象,但睡眠缺失受試者的海馬區的活躍程度明顯偏低。即便表現最好的睡眠缺失者與表現最差的正常受試者相比,睡眠缺失者的海馬區活躍程度還是要低一些。科學家還注意到,兩個組的注意集中程度大致相當。
科學家希望這個發現,能揭示在記憶形成時,哪些區域和海馬區共同發揮作用。和睡眠缺失者比較起來,睡眠充足的人的多個大腦區域與海馬區有更緊密的合作關係,而這些區域通常和事件記憶程序有關。
當我們被“剝奪”了越來越多的睡眠,而以咖啡因和濃茶來代替必需的睡眠時,我們越想通過熬夜記住的東西,就越是記不住。你必須想想這樣值不值得。
不看不知道
回放的記憶
讓我們向在記憶實驗中做出突出貢獻的小老鼠們致敬——通過研究發現,當我們睡著後,大腦中的海馬區似乎能夠重新放映我們的經曆(額葉前部中層皮質也很活躍,但其回放速度要比海馬區內的快得多),科學家相信,這一過程有助於鞏固人類的記憶。美國哈佛大學醫學院研究人員發現,被作為研究對象的誌願者們在睡了一晚後比那些不睡覺的人能更好地回憶起一些此前看過的詞組。這一新發現證明了睡眠也可以增強“陳述性記憶”,這類記憶告訴人們事實性的信息。營養學家傑弗裏·埃倫博根(Jeffery Ehernberg)說,這一發現表明,睡眠可以鞏固記憶,其原因可能在於,睡眠能把信息從大腦中負責產生新記憶的海馬體轉移到其他負責長期記憶的部位。
由美國圖森市亞利桑那大學的神經科學家卡羅爾·巴尼斯(Carol Barnes)領導的一個研究小組注意到,類似於老人的老年小鼠有時會出現記憶問題。
在這項研究中,11隻年輕小鼠和同等數目老年小鼠在幾個迷宮中記住了獎勵食物的位置。其間,研究人員利用插入到動物大腦中的探測器記錄了小鼠海馬區的電活動。夜晚,當小鼠睡覺後,研究人員再次對小鼠大腦海馬區的活動進行了監測。結果顯示,睡眠中的年輕小鼠的海馬區活動與它們在迷宮中行進時的大腦活動類似——顯然,它們的海馬區正在“重放”著這些事情。然而老年小鼠的情況就不一樣了,這意味著它們的重放過程受到了影響。
波士頓大學的神經科學家米歇爾·哈瑟爾莫(Michael Hasselmo)認為,這項研究成果表明,在老年人中,至少一些短期記憶的丟失可能是由於睡眠中的自動重放過程的減弱所致。哈瑟爾莫還說,通過瞄準在重放過程中起到重要作用的大腦化學物質,這一發現將為改善老年人的記憶水平提供新的方法。德國呂貝克大學的神經科學家麗薩·瑪莎(Lisa Marshall)也認為這項研究同時也提出了一個有趣的問題,那就是延長白天的小睡時間是否能夠改善老年人的記憶狀況,這是因為機體通常都會嚐試彌補受到影響的重放過程。
看來保證良好的睡眠的確是保證記憶的簡單良方,就此看來午睡的效果肯定也不錯。
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玫瑰讓你睡得香
神經學家發現,聞著玫瑰花香入睡,有助於增強記憶力。
研究人員一共招募了74名誌願者,讓他們玩一個電腦記憶遊戲,記住兩張相同卡片在屏幕上的各自位置,然後再讓他們戴上麵具,吸入一股玫瑰花香。
半個小時後,研究人員將誌願者送入房間睡覺,並不斷向房間中散播玫瑰香氣,同時觀察他們睡眠時的大腦活動狀況。
誌願者醒來後,回憶之前記憶的卡片位置,準確率達到97%。然而,第二次,在沒有花香相伴入睡的情況下,他們記憶的準確率隻有86%。
在神經學上,人的睡眠分為幾個階段,包括深度睡眠和淺度睡眠。人通常在入睡20分鍾後進入深度睡眠,這一階段一般可以持續超過一小時,並可能重複出現。在深度睡眠階段,人處理信息的效率最高。
研究結果顯示,隻有在深度睡眠階段聞到玫瑰香氣,誌願者的記憶力才能得到顯著提高。這是因為,在這一階段,大腦皮層負責思考和計劃的部分向大腦深處主管記憶的海馬狀突起傳遞信息。
這項研究的成果將有助於治療記憶衰退的患者,隻需在患者處於深度睡眠時采取適當的治療措施,就能有效幫助他們增強記憶。然而,現代人往往不重視睡眠,不能保證深度睡眠,而現有的藥物也無法延長深度睡眠,為治療記憶衰退造成困難。
果糖(經實驗證明是最甜的糖,其甜度為葡萄糖的2.3倍,乳糖的10.8倍)是存在於大多數加工食品及飲料中的一種糖,與其它糖不同的是,它幾乎都是通過肝髒代謝,產生過多的甘油三酯進入血液。這些甘油三酯會使大腦中的胰島素信號(對大腦細胞的生存、重塑或者大腦依據新的經曆進行改變的能力產生重要的作用)受到影響,進而影響記憶力。美國喬治亞州州立大學研究人員發現,高果糖飲食可能會損害小鼠的空間記憶。
艾米·羅斯(Amy Roth)是喬治亞州州立大學神經學研究所和心理學係的副教授,她給一組大鼠喂養相當於一天攝入卡路裏60%的果糖。然後,她將這些大鼠放到一個水池裏,測試它們尋找能使它們離開水池的一個水下平台的能力。兩天後撤走平台,再將這些大鼠放回水池,看它們能否記得遊到原來放平台的位置。結果發現,果糖喂養的大鼠的學習能力沒有受影響,但它們對原來平台的位置記憶似乎並不好。