如何提升记忆?
2020-08-28 08:05

如何提升记忆?

“记忆究竟影响一个人多少?如果失去了过去的记忆,我们还是原来的自己吗?”本文来自微信公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:李澄宇(中国科学院神经科学研究所研究员),原文标题:《如何提升记忆?早在100年前,科学家就得出这一严肃结论》,头图来自:视觉中国



记忆对人类来说,当然很重要。


如果我们成为阿尔茨海默症患者,有一天突然丧失了记忆:走到路中间突然不记得自己是谁,为什么在这里,怎么回家?这是一个很可怕的事情。


需要学习和记忆的动物?


但是因为我们已经社会化许久,遗忘掉在演化上,其他动物和人类相比,其实是拥有类似的记忆的能力。


而动物为什么需要学习和记忆?我们从四个有趣的例子来看。


第一个例子,如果你是一个捕食者,那么需要学会去捕食;如果是个被捕食者,需要学会不要被人吃掉,或者被别的动物吃掉。而这些都是和记忆密切相关。


第二个例子,白眉猴的主要食物是成熟果实,所以其生活的空间相当大,有大概10万棵树。而在任何一个时刻成熟的果树有50棵,它需要赶在其他鸟类之前找到这50棵树,要不然就被竞争对手吃掉了。


所以,它需要学会找到这些树并且记住它们的位置。



第三个例子,我们虽然并不是狒狒,但是很容易看出来上图中间的是老大。


因为我们如果生活在这个群体里,或者在人的群体里──人的社会群体有非常强的等级制度,我们很容易理解,是需要学会这些等级制度和相关的行为。



第四个例子,来说明学习记忆对生存的必要性。这边展示的是生活在非洲的黑长尾猴,3到5公斤左右,是一类很小的猴子。


在野外,黑长尾猴的生存相当不易,一岁之内的小黑长尾猴的死亡率达到60%,其中至少70%是因为捕食者。


黑长尾猴的捕食者主要分为三类:以豹子为代表的陆地上的大型动物,以战雕为代表的空中翼展两米的鸟类以及在草丛里埋伏的蟒蛇。



针对这三类不同的捕食者,黑长尾猴发展出了非常有效的警告性呼叫声。


如果看到的是豹子,当听到呼叫声,同伴的第一反应要上树,为什么?


豹子体重大,在树上跑的没有猴子快,所以黑长尾猴在树上是相对安全的。曾经有人观察到一只豹子追一只黑长尾猴,在树上追了一个小时没有追到。


如果是鹰,那么警报声非常短促。因为战雕在灌木里面无法飞行和捕食,所以听到这样的声音,正确的反应是马上进入灌木丛。


如果是蛇,听到了同样短促的警告式叫声,正确的反应是站起来向四面看,而不是轻举妄动。


因为蟒蛇主要靠潜伏来捕食,无论是在在草丛,还是灌木里踩到蟒蛇身上,黑长尾猴会被它吃掉。



长期关注“观察学习”的Cheney和Seyfarth发展出这样有趣的实验来证明其重要性。他们将音箱放到草丛里面,对一岁以下的黑长尾猴播放以上三种声音,观察它们的反应是否正确。


然后分析时,将其反应分成两类。一类是小猴先看一下成年猴,再做出反应。正确的次数就远高于做错误反应的次数。另一类是小猴没有看成年猴,直接反应。所以它们的正确率只有50%。



所以回想上述的一岁之内的小猴60%会死亡,多数是由于被捕食,我们能意识到观察对于生存有着非常重要的意义。所以这个例子是说明在野外,动物是非常依赖于学习记忆。


实验研究的学习记忆


那么什么是“学习记忆”?大家能明白经验引起了后续的行为改变,也就是学习记忆。


但我想着重介绍在实验室里面研究学习记忆的方式和方法。



在实验室里,我们也让实验动物或者人,完成类似的任务:先给受试者视觉刺激,然后延迟时把样本隐藏起来。在选择时,让动物或人选择和刚才样本不一样的刺激。


或者是让病人,比如说精神分裂症患者,来做这样的事情。X轴就是给不同样本的数量;Y轴是错误出现的几率。


正常情况下,红色线也是随着需要记得的信息越来越多,出错的几率会越大。但是精神分裂症患者的错误率更高。


基础研究与临床,或实际生活,是密切相关的。比如说非常基础的关于工作记忆的研究,因为很多患者都有很严重的相关问题。



这是当躺在核磁功能共振成像仪器里面,我做工作记忆任务时脑子里的反应。将其侧过来看,额叶顶叶的两个脑区,因为我在任务中需要短时间记住某个信息,会被激活。


而颜色比较蓝的地方是被抑制的。我们的脑子有很多特定的脑区,是在帮助我们做出这种反应。


而我们需要各种各样的动物模型来看它们的脑子是如何反应的。在我们实验室里,主要用小鼠作为模型来研究工作记忆中短暂存储信息的能力。



因为小鼠嗅觉灵敏,我们所使用的是嗅觉——会给它两次气味,中间会有几秒钟的延迟期。如果两种气味不一样,那么它要舔,来得到水;如果一样,那就不用舔,因为没有水。


设计出这任务的原因是可以在时间上,把感觉、记忆、抉择分开。


下面的视频是小鼠的反应。第一个任务里,我们给它不一样的气味:先是气味A──延迟──它要记住,然后气味B,不一样,那么它舔来得到水;




第二次任务里两个气味相同──气味B──延迟──还是气味B,它没有再舔。




我们用五年左右的时间来证明小鼠的前额叶这个脑区对工作记忆的重要性。并且我们能通过光遗传,也就是用光,来调控神经元活动。


如果给光的话,神经元活动会被抑制,而且是秒级的时间尺度。因此可以在很短的时间内操控神经元活动。


所以,如果你用光去操控神经活动,和正常小鼠相比,此小鼠的行为变差。所以证明内侧前叶这一脑区,对工作记忆非常重要。


记忆的机理


现在我们进入更广大的空间来探讨什么是记忆的机理。那么我想先从三个关于记忆出问题的例子出发。


第一个例子我想说的是──不是所有发生的事情都会被记住。假如我请各位看一个视频,请关注“穿白色的运动员传球的次数”。


大多数人可以答对,但有一半的人会忽略掉视频的大猩猩和黑色上衣的运动员的离场。


这叫做非注意性失忆──如果你没有注意,那你是不会记住的。世界中不停的发生很多的随机事件,而我们的记忆只留下对我们来说有重要意义的事情。


第二个例子是有关“记忆的极限”,不是所有时候的学习都是一样的效果。


每个人都会说话。大家会认为这是非常自然的语言能力,但这是依赖于所谓的关键期。在2~7岁时,我们必须要有语言的经验,否则后果严重。



图示的小女孩叫做Genie。她的父亲是严重的精神分裂症患者,用铁链子把小女孩捆在家里的床上。而且他们生活在农村,周围几十里地都没什么人。所以直到13岁的时候,她才被别人发现、被解救出来。


Genie的父亲并不说话,所以在13岁之前,她是没有语言经验的。


虽然这是一件悲剧,但是对于科学家来说是很难得的机会。在13岁之前没有语言经验,会有什么样的结果?


所以安排了全世界最好的教育家、语言教育家教Genie语言,专门安排了博士生观察她的语言能力发展。在七、八年之后,博士生毕业时,得出的结论是Genie能够说的最长的句子是两个词。长期的训练,只能得到这样的结果。


她后来被收养,但终生都不说话,并无法独立生活。这告诉我们,在关键期,必须去学习一些非常重要的能力。


第三个是,成人脑子受了损伤,记忆也会出问题。在神经科学界,有一个叫做海马的脑区,如果它出现问题,那么会出现很严重的记忆障碍。


因为这个组织和真正的海马很像,所以叫做海马,很漂亮的一个结构。



有一个人叫做HM,因为严重的癫痫,他20多岁时,产生癫痫的部分脑区被医生摘除掉了,包括癫痫灶和几乎全部的海马。


但做完手术之后,HM这个病人他已经不再是HM,他只能有手术前的记忆,却无法形成新的记忆。


照顾他的新进来的护士医生,每次见到他都必须向他自我介绍;即使出了房间去喝杯咖啡,五分钟以后再回来,他就完全忘记他们是谁。



Howard Eichanbaum现在是美国波士顿大学的教授,他在读博士生的时候研究HM。他的任务之一就是每天早上开车去把HM从家里面接到医院去研究、做各种各样的实验。


有一天早上Howard Eichanbaum开车时,把印着McDonald’ s的咖啡放到前座上面车窗。HM一看到这个杯子说起他小时候有一个叫McDonald的好朋友。他们俩一起打棒球,打的非常好。他们也有很多很好的故事,这是一个很愉快的交谈过程。


但这个交谈过程结束了,HM看了窗外看了一会,回来又看到这个杯子──我小时候认识一个朋友叫McDonald的,我以前和他是一块儿打棒球,打的非常好,我们有很好的故事……一模一样的故事又讲了一遍。结果结束以后,他又看了会窗外,一会儿又看见了这个杯子──我小时候有一个朋友叫McDonald,我以前……同样的故事,又讲了第三遍。


讲到第三遍时,Howard Eichanbaum就偷偷的把这个咖啡杯拿下来,放到自己座位里面,要不然他这一路上会一直讲这个故事。这是一个典型的例子告诉我们海马多么的重要。


HM和他的父亲关系非常之好,他父亲在他手术一段时间之后去世。HM每次听到父亲去世的消息,每次都处在同样巨大的悲痛之中。所以,如果我们无法形成新的记忆,我们就不再是以前的自己了。


因为HM以及相关的其他脑区损伤的病人,我们现在知道我们的记忆是分不同类型的。


比如HM他的长时间记忆有很大的问题,但是他的短时间记忆,或者刚才说的工作记忆没有问题。他可以和Howard Eichanbaum很好地进行对话,这个时候是需要用到工作记忆的。



长时程记忆分成“陈述式记忆”和“非陈述式记忆”。HM主要是陈述式记忆出问题,也就是说可以被陈述出来的事情,不管是事实还是一个场景──我昨天和谁一块吃饭、说什么话呀、吃什么东西……这些时间、地点、人物,这种“场景记忆”。海马是很重要的,这或者是“事实记忆”。


“非陈述式记忆”比如说“运动记忆”──骑自行车,这是一个运动记忆,大家经过运动以后学会的。


HM是可以学会新的运动技能的,但是他拒绝承认自己学过。所以“记得自己学过”这是一个陈述式的记忆;


但是“学这个动作本身”是个非陈述式的记忆。或者是一些“情感记忆”、“情绪记忆”。


记忆的核心原理


科学家是通过大量的工作来探寻记忆的原理。人脑有850亿到1000亿个神经元,这些神经元通过一千到10万个突触,来形成突触联系、来进行交流。



神经元长得很漂亮,图上右边就是显示了几个神经元的样子。长得很大的、天线一样的形状,就是接受输入的地方;


很纤细的、很长的叫“轴突”的这种结构,来传输自己的这个信号,那么接受这个信号的地方就叫做“突触”。


这种突触很重要,而且它可以被神经元自己的活动来调控。当突触前和突触后神经元活动按照一定的规则来运行的时候,突触活动的强度会被增强或者减弱。


而且在我们学习的过程中,这种突触的活动增强或者减弱是可以被观察到的,而且如果你阻止这种活动的改变,那么会影响学习。


所以人们一般认为,这个突触的改变是我们学习记忆的核心机制。


刚才说的是单个的神经元之间的连接,而群体网络层面,一般是用 “吸引子网络”来解释记忆是怎么回事。



所谓的吸引子,很简单──碗就是一个吸引子──如果你把一个玻璃珠放到碗的边上,一放手它会落到碗的底部,也就是所谓吸引子的底部。


那么我们的记忆在学习的过程中,突触连接的改变,便会形成各种各样的吸引子。它们的好处是部分信息可以提取出完整的信息。


大家更关注的可能是“学习记忆怎么被提高”。我想给大家一个好的消息,学习记忆是可以提高的!怎么被提高呢?就是“记好多次”。


这是一个非常严肃的结论。图右边的这个人叫做Ebbinghaus,第一个严肃的研究记忆的心理学的一个科学家。



他发现:底下x轴显示的是我在一天之前,学习一些材料,我所做的学习次数;Y轴就是在一天之后,我重新学习又要需要多长时间。可以看到如果你学的次数越多,那么第二天你就花越少的时间来学会。


所以勤奋是必要的。


并且还要“睡得好”,如果记录头皮脑电的话,那么在人睡眠的时候,可以看到“慢波”。这边显示的每一个小的波动就是一个慢波,在全脑里面却是很大尺度的神经元活动。



德国科学家发现,如果你在人睡眠的时候,在脑子里面引发这种慢波,那么可以记得更好。


实际上,他让学生晚上学习外语,然后在睡觉时候用电刺激脑子,引起更多慢波,第二天早上起来问他所学的词汇量。


如果你做过电刺激,会学得更多。我并不是建议大家晚上回去以后用电刺激自己脑子,因为你并不一定总要记住昨天晚上的事情。


最后总结一句话,在一定程度上,“我们就是我们的记忆”,还有更多有关记忆的奥秘等待我们发现!


本文来自微信公众号:格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:李澄宇

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