在螢光顯微鏡下拍攝的神經元照片。通訊員許順江供圖
前一秒想說的話，後一秒怎麼就忘了？為什麼有人「在人群中看了你一眼」，就能過目不忘？具有超強記憶能力的「最強大腦」是如何練就的？
前不久，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）李澄宇研究團隊對「過目不忘」背後的神經機制進行了研究，認為這些其實都是人類的工作記憶，而工作記憶的好壞也受很多因素的影響。
把信息深深刻在腦海裡並不容易
在生活中，從看到目標到記住目標，似乎是一個簡單且常見的過程，但這對人體來說卻是一個「浩大工程」。
「人們的各種精神和心理活動離不開相應器官或組織的結構和功能的支持，記憶同樣也有其內在的神經活動機制。」河北醫科大學第一醫院教務處處長、河北省腦科學與精神心理疾病重點實驗室主任許順江介紹，記憶是人腦對外在信息的保存和再現能力，而這些信息的存儲、管理和提取則是由大腦內複雜的神經網絡和環路共同完成的。
人的記憶可以分為很多種。傳統的記憶理論將記憶按照信息的保持時間分為感覺記憶、短時記憶和長期記憶。
「感覺記憶」亦稱瞬時記憶，是外界刺激信號作用於感覺器官所引起的短暫記憶。由於瞬時記憶保持時間極短，大量的信息很容易瞬間消失，只有那些能夠記住的東西才能進入短時記憶。
「短時記憶亦稱操作記憶，是指信息一次呈現後，保持在一分鐘以內的記憶。」許順江介紹，短時記憶向長期記憶的轉化過程，需要大腦內部發生一些生物信號或者電信號的變化，這些變化能保護原有記憶免受與之相衝的新的刺激源的幹擾或者傷病的破壞。
這一依賴於時間的記憶穩定化過程稱為「鞏固」，由此，我們的經歷得以在記憶中永久性記錄下來。
記憶的鞏固過程發生在大腦器官的多個層面上。
「在細胞層面上，記憶表現為神經元結構和功能的改變。」許順江舉例，在記憶過程中一些新的神經突觸（神經元之間的連接紐帶）會形成，以便促進神經元網絡之間的聯繫交流。或者，現有的神經突觸可塑性會得到強化，以加強兩個神經元之間交流的靈敏度。要鞏固這些突觸的變化，需要特定的結構來合成多種新的蛋白質和信號分子。這種記憶鞏固一般在學習過程前幾分鐘或前幾個小時內發生並引起神經或神經元物質的變化。
而在系統層面上，記憶鞏固涉及操控個體記憶處理過程的腦網絡重組，較為緩慢，要用幾天甚至幾年才能完成。
那麼，為什麼在接收信息時，有些內容能夠過目不忘，有些內容卻總是記不住呢？
「神經元之間形成了許多環路聯繫，神經環路的持續活動可以加強神經元之間的連接強度，並最終導致更多的神經環路再生或新生，使記憶更持久，這好像彼此經常走動的人們之間更容易形成持久而牢固的關係一樣。」許順江說，當學習者在接收信息的過程中，如果新的知識越能夠與已有的知識產生關聯，則越容易與原有神經元網絡形成牢固的連接，故而可以記得更加牢固，甚至「過目不忘」。反之，如果不能將新的知識內化於已有的知識當中（即無法與原有的神經網絡形成有效的連接），則很難被吸收，就會出現「總是記不住」的情況。
此外，許順江表示，日常生活中年齡（腦老化）、壓力、腦外傷、缺氧和糖尿病等多種因素都會對人的記憶力產生影響。
_ueditor_page_break_tag_工作記憶背後的「關鍵人物」
研究大腦的科學家之間有個玩笑：如果神燈只能增進你的一種能力，那麼就請將你的工作記憶能力提高一倍。
什麼是工作記憶？為什麼腦科學家對工作記憶那麼重視？
「區別於長時記憶和一般的短時記憶，工作記憶具有時間短、抗幹擾等特點，是大腦臨時儲存和使用信息的短期記憶，也是人類最核心的能力之一，是決定人類智力的最重要因素。」許順江介紹。
生活中，記住一個手機號碼、一個名字、一個陌生的公交線路和站點等，通過複述和反覆的確認一般都可以很好地完成。但往往我們遇到的問題不都是這麼簡單。當同時處理多個任務時，一般需要多個心理操作和步驟，而且這個過程是動態的，由此研究人員在短時記憶的基礎上提出了工作記憶的概念。
「比如計算47+56-18這種連續加減法的時候，大腦短暫記住第一步的運算結果103，然後用於第二步減運算，從而完成計算，但對於工作記憶差的人，可能要頻繁使用紙筆標記中間結果，然後再進行下一步的運算。」許順江說。
那麼，影響工作記憶的「關鍵人物」到底是誰呢？
結合小鼠行為學等研究方法，李澄宇團隊發現，瞬時性神經元是在工作記憶過程中存儲信息的關鍵組成部分。這是一種按照神經元的放電特性劃分出來的神經元類型。它特指在記憶的存儲期，通過短暫的差異化電活動來編碼信息的一類功能性神經元。除此之外，大腦還包含持續性神經元和非編碼性神經元。
「這三類神經元都可以在工作記憶當中存儲信息。差別在於對於不同的需要記憶的內容，大腦可能通過不同的神經元類型發揮主導作用。」李澄宇舉例說明，「比如，在學習遊泳時，孩子們會通過快速回憶教練傳授的動作要領，進而規劃或調整接下來的動作。對於這類運動控制相關的工作記憶信息，大腦通常會調用更多的持續性神經元存儲信息。又比如，當人們在進行快速的語言交流時，大腦需要短暫地存儲並不斷地更新對方的談話內容，瞬時性神經元可能發揮主導性作用。而非編碼性神經元則可能在任何條件下發揮一定程度的作用，其作用還有待用更先進的技術手段進一步驗證。」
通常認為，工作記憶的容量是有限的。研究表明，工作記憶容量的數值取決於以下因素：首先是「塊」的類型。如果是數字，數值通常為7；如果是字母，大約為6；若是詞語，大約為5。而且更取決於「塊」的特徵。長的詞彙其記憶容量要比短詞彙的容量小。同時還取決於這些內容的語義學狀態，即記憶者是否了解這一內容的含義。
如何測量一個人的工作記憶容量呢？有學者在1980年最先發明了一類任務的形式，被稱作「閱讀容量」。被試者需要閱讀若干句話，通常為2到6句，並試圖記住每句話的最後一個詞。也就是說，他們既需要讀完所有的句子，之後又需要以正確的順序複述記住的詞。
「不同個體的工作記憶存儲能力存在較大的差異，有的人可以在短時間內同時記住5-6個物體，而有的人則只能記住大約2-3個物體。」許順江說，個體的工作記憶存儲容量在很大程度上決定了不同個體的認知功能水平差異。但許順江也表示，目前，研究認為我們人腦的記憶潛能僅僅被開發了不足10%，很多「最強大腦」完全可以通過後天的專門訓練來達到。
_ueditor_page_break_tag_如何減緩記憶力衰退
隨著人們年齡的增長，記憶力不可避免地會減退，甚至出現阿爾茨海默病等記憶方面相關的疾病。
「這種疾病是由相關記憶器官的衰退引起的，比如神經突觸數目的減少、參與工作記憶的神經元凋亡，或是大腦萎縮。」許順江介紹，由於大腦已經發生了結構性的病理改變，醫學界一直以來都沒有找到有效的治療辦法。
2019年，《自然神經科學》雜誌發表了波士頓大學神經學家羅伯特萊因哈特的研究成果。研究表明，記憶力的衰退可以通過一種無害的腦電刺激暫時逆轉。
而這項研究的重點就是工作記憶。
「眾所周知，即使沒有任何形式的痴呆症，工作記憶也會隨著年齡的增長而穩步下降。這種下降的一個原因被認為是大腦前額葉和顳葉兩個區域之間的斷開。」研究人員介紹，在年輕人中，這兩個區域的腦電活動趨向於有節奏地同步，科學家認為這使得信息可以在兩個腦區之間交換。然而，在老年人中，這種活動往往不那麼緊密同步，這可能是連接大腦不同部分的遠程神經連接惡化的結果。
實驗中，42名年齡在20-29歲之間的人和42名年齡在60-76歲之間的人參與了一項工作記憶任務。年齡較大的一組測試速度較慢，準確度也較低。然後，科學家們對他們進行了25分鐘的非侵入性腦刺激。在幹預後，老年人的工作記憶改善到與年輕人相匹配，這種效果在刺激後持續了50分鐘。那些一開始得分最低的人表現出了最大的進步。
近日，美國知名企業家埃隆·馬斯克在發布會上展示了關於腦機接口的最新成果，其中包括簡化後硬幣大小的Neuralink植入物和進行設備植入的手術機器人，再一次將「腦機接口」的技術推到了眾人面前。這意味著向利用這類植入設備治療記憶力衰退、頸脊髓損傷等人類疾病又邁進了一步。
「這對患有這類認知功能障礙的病人來說，從臨床治療的角度確實是個好兆頭，外科手術的方法有一天也可能在治療記憶減退和痴呆症方面有所作為。」不過，許順江也表示，要對這些研究成果保持謹慎的樂觀，因為未來還有很長的路要走。
「這些研究結果需要在臨床試驗條件下進行重複，需要有更多的參與者，需要對受試者和研究結果進行嚴格的評估，並且植入晶片還面臨一些關鍵節點需要突破，特別是生物神經信息的解碼方面。」因此，在許順江看來，對於諸如阿爾茨海默病一類的記憶力衰退的疾病，預防比治療更重要。
「時常對智力進行訓練，多看書、多寫字、多聽音樂、多學習新鮮的事物，勤於用腦可以有效緩解大腦的老化程度。」許順江說，此外運動也可以有效地促進腦組織內神經生長因子的產生，從而預防大腦的退化，比如每天早晚去散步、到公園打太極、做保健操等，進行適宜自己的體育鍛鍊。（河北日報記者王璐丹）
【來源：河北新聞網】
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