人腦的記憶原理

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一前言

“春花秋月時(shí)了，往事知多少？”這不只是南唐李后主在國破家亡之后的感慨，也是我們一般人常有的在回憶往事時(shí)的感嘆?？梢哉f，我們對(duì)人生的一切體驗(yàn)都建立在對(duì)往事回憶的基礎(chǔ)之上。正是這些回記才使我們的生活有了深度和廣度，使我們的人生變得豐富多彩。

記憶和大腦的關(guān)系人類早有討論，從開頭的迷茫，猜想，逐步進(jìn)展成為一個(gè)比較成熟的學(xué)科，其中經(jīng)受了很多的失敗和挫折。雖然現(xiàn)在科學(xué)界對(duì)于記憶的生理學(xué)基礎(chǔ)的討論取得了很大進(jìn)展，但是全面解決這一課題還是一個(gè)非常艱難的任務(wù)。這篇論文，我就想和大家一起回顧一下他們走過的艱辛路程，其次了解人類對(duì)記憶和腦關(guān)系的最新討論進(jìn)展和成果。

二本論

2.1古代人類對(duì)腦與記憶的討論進(jìn)展史

在漫長的人類進(jìn)展歷史過程中，一般人只把記憶看成一種象吃飯、睡覺一樣的很自然的現(xiàn)象。古代的醫(yī)學(xué)家和哲學(xué)家們，在考察記憶現(xiàn)象的時(shí)候，只把它作為心的一種功能。古典中醫(yī)學(xué)，把記憶當(dāng)作一種才智，而這種才智的本源在心。因而，在探討智力機(jī)制時(shí)所運(yùn)用的基本概念是“心神”。在中醫(yī)藥方中不乏“養(yǎng)心安神”之劑。

隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)展和解剖學(xué)的誕生，人們對(duì)記憶的本質(zhì)便有了新的熟悉，但是這種熟悉帶有極大的主觀性。古典哲學(xué)家柏拉圖曾認(rèn)為，理性是人類本質(zhì)的最高標(biāo)志，它的物質(zhì)基礎(chǔ)是頭腦，記憶就是對(duì)頭腦中生來就有的理念的回憶。17世紀(jì)法國哲學(xué)家笛卡爾認(rèn)為，記憶和人類其它才智行為源于大腦的松果腺。他認(rèn)為人體的各個(gè)部分是通過許很多多細(xì)線與大腦的通道口開關(guān)相聯(lián)接的。

到19世紀(jì)，歐美流行顱相學(xué)，由施普爾茨海姆首創(chuàng)。該學(xué)說認(rèn)為，腦是由很多相互獨(dú)立的部分組成，每個(gè)部分掌握一個(gè)獨(dú)立的先天心理力量；腦器官的不同發(fā)育程度，在顱腦的外在部分表現(xiàn)出來，如隆起或凹陷。顱相學(xué)最終沒有通過科學(xué)的檢驗(yàn)，不過不能否認(rèn)顱相學(xué)對(duì)于人類認(rèn)知大腦和記憶的關(guān)系起到了極大的促進(jìn)作用。

2.2現(xiàn)代人類對(duì)腦與記憶的討論和成果

2.2.1現(xiàn)代記憶討論中消失的兩個(gè)問題

由于顯微技術(shù)的創(chuàng)造和使用，科學(xué)家漸漸發(fā)覺腦是由千千萬萬的小細(xì)胞組成的。人們最終意識(shí)到記憶可能和這些腦細(xì)胞有親密的聯(lián)系。但是，聯(lián)系得方式是怎樣的？在這個(gè)問題上長期存在著爭辯。爭辯的焦點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面：一是記憶的定位問題，一是記憶的腦變化問題。

2.2.1.1記憶的定位問題

記憶的定位問題主要體現(xiàn)在對(duì)于記憶功能是否由大腦某一特定部位實(shí)現(xiàn)的這一熟悉上。比較早期的一些討論，由于發(fā)覺了某些記憶與腦的特別部相聯(lián)系，如左側(cè)顳葉皮層損傷的病人有語言記憶缺陷，右側(cè)顳葉皮層損傷的病人對(duì)外語記憶的任務(wù)有缺陷，海馬的損傷對(duì)空間記憶有影響，等等。這好像說明大腦不同部位的神細(xì)胞掌握不同任務(wù)的記憶。加拿大神經(jīng)外科醫(yī)生彭菲爾德在給一位６０多歲癲癇病人做手術(shù)時(shí)，曾做過這樣一種試驗(yàn)：用微弱的電流刺激病人的某些大腦皮層區(qū)域，并發(fā)覺刺激的區(qū)域不同病人的記憶反應(yīng)也不同。有些刺激只能使病人發(fā)出“噢，噢”的呻吟，有些刺激則使他追憶在起遠(yuǎn)久的往事甚至某些生活鎖事。

然而，美國行為主義心理學(xué)家拉施里在動(dòng)物記憶試驗(yàn)中所供應(yīng)的證據(jù)否定了記憶的定位假說。他讓小白鼠先學(xué)習(xí)某種記憶任務(wù)，如走迷津，然后切除部分大腦皮層。試驗(yàn)結(jié)果證明，影響記憶的關(guān)鍵因素不是切除皮層的部位，而是皮層的面積。當(dāng)皮層切除面積達(dá)到有效皮層總而積的５０％時(shí)，動(dòng)物便完全丟失學(xué)習(xí)和記憶力量。當(dāng)然，這些簡潔的動(dòng)物試驗(yàn)還不足以說明人類記憶的腦功能問題。不過，對(duì)人類大腦的某些部分的切除也有不影響遺忘的狀況。依據(jù)這些證據(jù)，許多討論者認(rèn)為，記憶是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的普遍功能。

因此，對(duì)于對(duì)記憶功能是定位的還是等勢(shì)的這個(gè)問題，我們應(yīng)當(dāng)熟悉到，腦記憶功能的等勢(shì)與定位是對(duì)立的統(tǒng)一。等勢(shì)強(qiáng)調(diào)腦各部分功能的合作，而定位則強(qiáng)調(diào)其分工。大量的討論已經(jīng)表明分工的存在。

大腦的各個(gè)區(qū)域分工與合作的統(tǒng)一，使記憶存貯與提取過程能有效地實(shí)現(xiàn)。然而，記憶的存貯與提取是一個(gè)相當(dāng)簡單的過程，所以不能說人類的記憶是由人腦中單獨(dú)的某一個(gè)部位掌管，大腦是一個(gè)整體，各個(gè)區(qū)域的分工與合作是統(tǒng)一的。

2.2.1.2記憶的腦變化問題

說到腦變化問題，就不能不說６０－７０年月關(guān)于記憶的科學(xué)討論中一種非常流行的理論就是“痕跡理論”。這種理論從很多方面解釋了記憶過程腦的變化問題。

記憶的痕跡理論認(rèn)為，短時(shí)記憶就是外在刺激通過視覺神經(jīng)元或聽覺神經(jīng)元的興奮產(chǎn)生的電活動(dòng)引起的。神經(jīng)元的電活動(dòng)的聲波引起神經(jīng)回路的反響振蕩。這種反響振蕩可能很快平靜，也有可能由于外界刺激的持續(xù)使其連續(xù)進(jìn)行，從而引起神經(jīng)細(xì)胞膜滲透各種離

子并形成電位差。當(dāng)電位差達(dá)到某一限度時(shí)便形成電脈沖。這種電脈沖沿著軸突不斷往前傳導(dǎo)，引起突觸前或突觸后（或同時(shí)）的興奮并釋放出某種神經(jīng)介質(zhì)（如去甲腎上腺等）。這些介質(zhì)釋放到突觸間隙之后，引起一系列的化學(xué)變化。這種化學(xué)變化有可能促使下一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞連續(xù)興奮，也有可能對(duì)其起抑制作用。前者使神經(jīng)元放電，形成新的脈沖，后者使脈沖在特定的神經(jīng)元終止。這種神經(jīng)元之間的物理和化學(xué)的變化使短時(shí)記憶進(jìn)展為長時(shí)記憶。任何一次從短時(shí)記憶到長時(shí)記憶的存貯都意味著突觸的不同程度的生理化學(xué)變化和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，即所謂痕跡的形成。

對(duì)于記憶過程中腦部發(fā)生的變化，現(xiàn)代科學(xué)討論認(rèn)為，除了痕跡理論中提到的腦電位變化，還有腦中RNA和蛋白質(zhì)數(shù)量和種類的變化。而且，對(duì)于不同的記憶類型，腦電位的變化還不盡相同。我將在下面的記憶分類和形成機(jī)制中闡明。

2.2.2現(xiàn)代人類對(duì)記憶討論的成果

2.2.2.1記憶的類型及特征

2.2.2.1.1感覺性記憶

指在實(shí)際的感覺體驗(yàn)以后，在腦中感覺區(qū)保留很短時(shí)間的感覺信號(hào)而已，通常只有幾百ms，但常在不到1s的時(shí)間內(nèi)即被新的信號(hào)所替代。然而即時(shí)性感覺信息在腦內(nèi)保留極短時(shí)間內(nèi)，它還可以被用于進(jìn)一步的分析，以篩選出重要的信息，這就是以及過程的初級(jí)階段。

2.2.2.1.2短期記憶

指對(duì)少量信息每次能持續(xù)幾秒或一分鐘時(shí)間的記憶而言。典型的例子是在察看電話號(hào)碼后，可以在短時(shí)間內(nèi)記住電話號(hào)碼的數(shù)字，當(dāng)有新的信息輸入時(shí)，舊的信息就被替換。他一個(gè)最重要的特征是，此種記憶貯存中的信息是屬于即時(shí)應(yīng)用性的，不需要像搜尋放在長期記憶貯存中的信息那樣去動(dòng)腦筋搜尋它。

2.2.2.1.3長期記憶

指那些能在幾分鐘，幾小時(shí)，幾天，幾月或幾年后被回想出來的腦內(nèi)貯存的信息而言，有的信息可以終生不忘。典型的例子是對(duì)自己名字的了解，立即回想起從1到10的數(shù)字，字母和說話用的詞語等。

2.2.2.2記憶的原理

記憶是信息的貯存過程。它主要是大腦皮層的生理過程。此外，在邊緣系統(tǒng)（特殊是海馬），基底神經(jīng)節(jié)，丘腦以及腦干的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等部分都有肯定的貯存信息的力量。脊髓液可能貯存少量信息。信息的貯存時(shí)突觸地技機(jī)能。每當(dāng)特定的感覺信號(hào)通過突觸系列，各個(gè)突觸此后對(duì)同樣信號(hào)的傳遞可變的更嫻熟，此種過程稱為簡單化。當(dāng)然，在短期記憶和長期記憶的形成過程中，這種機(jī)制還是有差別的。

2.2.2.2.1短期記憶的形成機(jī)制

依據(jù)記憶痕跡理論認(rèn)為，短時(shí)記憶就是外在刺激通過視覺神經(jīng)元或聽覺神經(jīng)元的興奮產(chǎn)生的電活動(dòng)，神經(jīng)元的電活動(dòng)的聲波引起神經(jīng)回路的返回振蕩。這種返回振蕩可能很快平靜，也有可能由于外界刺激的持續(xù)使其連續(xù)進(jìn)行，

有關(guān)短時(shí)記憶的神經(jīng)元返回振蕩假說曾經(jīng)得到很多試驗(yàn)的證明，其中一個(gè)是伯恩斯１９５８年做的動(dòng)物大腦皮層孤立電刺激試驗(yàn)：對(duì)動(dòng)物大腦皮層進(jìn)行環(huán)切手術(shù)，即切斷環(huán)內(nèi)的皮層與四周神經(jīng)元的任何聯(lián)系，只保持其血液循環(huán)。用微電極記錄這塊皮層細(xì)胞的電活動(dòng)，沒有發(fā)覺單位放電現(xiàn)象。當(dāng)對(duì)孤立皮層施以一串脈沖電刺激時(shí)，便可誘發(fā)單位神經(jīng)元放電，假如刺激達(dá)到足夠的強(qiáng)度，神經(jīng)元的單位放電現(xiàn)象甚至可以持續(xù)３０分鐘之久。這說明，孤立