邯郸视频第一门户网站

新知|“最强大脑”的记忆密码

在荧光显微镜下拍摄的神经元照片。通讯员许顺江供图

前一秒想说的话,后一秒怎么就忘了?为什么有人“在人群中看了你一眼”,就能过目不忘?具有超强记忆能力的“最强大脑”是如何练就的?

前不久,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)李澄宇研究团队对“过目不忘”背后的神经机制进行了研究,认为这些其实都是人类的工作记忆,而工作记忆的好坏也受很多因素的影响。

把信息深深刻在脑海里并不容易

在生活中,从看到目标到记住目标,似乎是一个简单且常见的过程,但这对人体来说却是一个“浩大工程”。

“人们的各种精神和心理活动离不开相应器官或组织的结构和功能的支持,记忆同样也有其内在的神经活动机制。”河北医科大学第一医院教务处处长、河北省脑科学与精神心理疾病重点实验室主任许顺江介绍,记忆是人脑对外在信息的保存和再现能力,而这些信息的存储、管理和提取则是由大脑内复杂的神经网络和环路共同完成的。

人的记忆可以分为很多种。传统的记忆理论将记忆按照信息的保持时间分为感觉记忆、短时记忆和长期记忆。

“感觉记忆”亦称瞬时记忆,是外界刺激信号作用于感觉器官所引起的短暂记忆。由于瞬时记忆保持时间极短,大量的信息很容易瞬间消失,只有那些能够记住的东西才能进入短时记忆。

“短时记忆亦称操作记忆,是指信息一次呈现后,保持在一分钟以内的记忆。”许顺江介绍,短时记忆向长期记忆的转化过程,需要大脑内部发生一些生物信号或者电信号的变化,这些变化能保护原有记忆免受与之相冲的新的刺激源的干扰或者伤病的破坏。

这一依赖于时间的记忆稳定化过程称为“巩固”,由此,我们的经历得以在记忆中永久性记录下来。

记忆的巩固过程发生在大脑器官的多个层面上。

“在细胞层面上,记忆表现为神经元结构和功能的改变。”许顺江举例,在记忆过程中一些新的神经突触(神经元之间的连接纽带)会形成,以便促进神经元网络之间的联系交流。或者,现有的神经突触可塑性会得到强化,以加强两个神经元之间交流的灵敏度。要巩固这些突触的变化,需要特定的结构来合成多种新的蛋白质和信号分子。这种记忆巩固一般在学习过程前几分钟或前几个小时内发生并引起神经或神经元物质的变化。

而在系统层面上,记忆巩固涉及操控个体记忆处理过程的脑网络重组,较为缓慢,要用几天甚至几年才能完成。

那么,为什么在接收信息时,有些内容能够过目不忘,有些内容却总是记不住呢?

“神经元之间形成了许多环路联系,神经环路的持续活动可以加强神经元之间的连接强度,并最终导致更多的神经环路再生或新生,使记忆更持久,这好像彼此经常走动的人们之间更容易形成持久而牢固的关系一样。”许顺江说,当学习者在接收信息的过程中,如果新的知识越能够与已有的知识产生关联,则越容易与原有神经元网络形成牢固的连接,故而可以记得更加牢固,甚至“过目不忘”。反之,如果不能将新的知识内化于已有的知识当中(即无法与原有的神经网络形成有效的连接),则很难被吸收,就会出现“总是记不住”的情况。

此外,许顺江表示,日常生活中年龄(脑老化)、压力、脑外伤、缺氧和糖尿病等多种因素都会对人的记忆力产生影响。

工作记忆背后的“关键人物”

研究大脑的科学家之间有个玩笑:如果神灯只能增进你的一种能力,那么就请将你的工作记忆能力提高一倍。

什么是工作记忆?为什么脑科学家对工作记忆那么重视?

“区别于长时记忆和一般的短时记忆,工作记忆具有时间短、抗干扰等特点,是大脑临时储存和使用信息的短期记忆,也是人类最核心的能力之一,是决定人类智力的最重要因素。”许顺江介绍。

生活中,记住一个手机号码、一个名字、一个陌生的公交线路和站点等,通过复述和反复的确认一般都可以很好地完成。但往往我们遇到的问题不都是这么简单。当同时处理多个任务时,一般需要多个心理操作和步骤,而且这个过程是动态的,由此研究人员在短时记忆的基础上提出了工作记忆的概念。

“比如计算47+56-18这种连续加减法的时候,大脑短暂记住第一步的运算结果103,然后用于第二步减运算,从而完成计算,但对于工作记忆差的人,可能要频繁使用纸笔标记中间结果,然后再进行下一步的运算。”许顺江说。

那么,影响工作记忆的“关键人物”到底是谁呢?

结合小鼠行为学等研究方法,李澄宇团队发现,瞬时性神经元是在工作记忆过程中存储信息的关键组成部分。这是一种按照神经元的放电特性划分出来的神经元类型。它特指在记忆的存储期,通过短暂的差异化电活动来编码信息的一类功能性神经元。除此之外,大脑还包含持续性神经元和非编码性神经元。

“这三类神经元都可以在工作记忆当中存储信息。差别在于对于不同的需要记忆的内容,大脑可能通过不同的神经元类型发挥主导作用。”李澄宇举例说明,“比如,在学习游泳时,孩子们会通过快速回忆教练传授的动作要领,进而规划或调整接下来的动作。对于这类运动控制相关的工作记忆信息,大脑通常会调用更多的持续性神经元存储信息。又比如,当人们在进行快速的语言交流时,大脑需要短暂地存储并不断地更新对方的谈话内容,瞬时性神经元可能发挥主导性作用。而非编码性神经元则可能在任何条件下发挥一定程度的作用,其作用还有待用更先进的技术手段进一步验证。”

通常认为,工作记忆的容量是有限的。研究表明,工作记忆容量的数值取决于以下因素:首先是“块”的类型。如果是数字,数值通常为7;如果是字母,大约为6;若是词语,大约为5。而且更取决于“块”的特征。长的词汇其记忆容量要比短词汇的容量小。同时还取决于这些内容的语义学状态,即记忆者是否了解这一内容的含义。

如何测量一个人的工作记忆容量呢?有学者在1980年最先发明了一类任务的形式,被称作“阅读容量”。被试者需要阅读若干句话,通常为2到6句,并试图记住每句话的最后一个词。也就是说,他们既需要读完所有的句子,之后又需要以正确的顺序复述记住的词。

“不同个体的工作记忆存储能力存在较大的差异,有的人可以在短时间内同时记住5-6个物体,而有的人则只能记住大约2-3个物体。”许顺江说,个体的工作记忆存储容量在很大程度上决定了不同个体的认知功能水平差异。但许顺江也表示,目前,研究认为我们人脑的记忆潜能仅仅被开发了不足10%,很多“最强大脑”完全可以通过后天的专门训练来达到。

如何减缓记忆力衰退

随着人们年龄的增长,记忆力不可避免地会减退,甚至出现阿尔茨海默病等记忆方面相关的疾病。

“这种疾病是由相关记忆器官的衰退引起的,比如神经突触数目的减少、参与工作记忆的神经元凋亡,或是大脑萎缩。”许顺江介绍,由于大脑已经发生了结构性的病理改变,医学界一直以来都没有找到有效的治疗办法。

2019年,《自然神经科学》杂志发表了波士顿大学神经学家罗伯特莱因哈特的研究成果。研究表明,记忆力的衰退可以通过一种无害的脑电刺激暂时逆转。

而这项研究的重点就是工作记忆。

“众所周知,即使没有任何形式的痴呆症,工作记忆也会随着年龄的增长而稳步下降。这种下降的一个原因被认为是大脑前额叶和颞叶两个区域之间的断开。”研究人员介绍,在年轻人中,这两个区域的脑电活动趋向于有节奏地同步,科学家认为这使得信息可以在两个脑区之间交换。然而,在老年人中,这种活动往往不那么紧密同步,这可能是连接大脑不同部分的远程神经连接恶化的结果。

实验中,42名年龄在20-29岁之间的人和42名年龄在60-76岁之间的人参与了一项工作记忆任务。年龄较大的一组测试速度较慢,准确度也较低。然后,科学家们对他们进行了25分钟的非侵入性脑刺激。在干预后,老年人的工作记忆改善到与年轻人相匹配,这种效果在刺激后持续了50分钟。那些一开始得分最低的人表现出了最大的进步。

近日,美国知名企业家埃隆·马斯克在发布会上展示了关于脑机接口的最新成果,其中包括简化后硬币大小的Neuralink植入物和进行设备植入的手术机器人,再一次将“脑机接口”的技术推到了众人面前。这意味着向利用这类植入设备治疗记忆力衰退、颈脊髓损伤等人类疾病又迈进了一步。

“这对患有这类认知功能障碍的病人来说,从临床治疗的角度确实是个好兆头,外科手术的方法有一天也可能在治疗记忆减退和痴呆症方面有所作为。”不过,许顺江也表示,要对这些研究成果保持谨慎的乐观,因为未来还有很长的路要走。

“这些研究结果需要在临床试验条件下进行重复,需要有更多的参与者,需要对受试者和研究结果进行严格的评估,并且植入芯片还面临一些关键节点需要突破,特别是生物神经信息的解码方面。”因此,在许顺江看来,对于诸如阿尔茨海默病一类的记忆力衰退的疾病,预防比治疗更重要。

“时常对智力进行训练,多看书、多写字、多听音乐、多学习新鲜的事物,勤于用脑可以有效缓解大脑的老化程度。”许顺江说,此外运动也可以有效地促进脑组织内神经生长因子的产生,从而预防大脑的退化,比如每天早晚去散步、到公园打太极、做保健操等,进行适宜自己的体育锻炼。(河北日报记者王璐丹)

来源:河北新闻网

评论一下
评论 0人参与,0条评论
还没有评论,快来抢沙发吧!
最热评论
最新评论
已有0人参与,点击查看更多精彩评论