来源:《王立铭·脑科学50讲》
作者:王立铭
我之前收集了很多大家感兴趣的脑科学的问题。其中,和记忆相关的问题占比最大。
有些人是单纯好奇,问记忆有没有保质期?幼时的记忆为什么会越来越模糊?还有些人很务实,问的是怎么在考试前快速记住考点?怎么有效记住会议内容?记忆宫殿法是不是真的?说白了,这些问题想问的都是“怎么提高记忆力”。
这一讲,我们就从科学底层出发回答一下这个问题。先给大家提供几个切实可行的提高记忆力的好方法。
【怎样提高记忆力?】
我必须得声明一下,咱们讲的是脑科学课而不是成功学鸡汤,所以我会避免给出特别具体的行动建议,以防对你产生误导。但脑科学的底层原理,确实能帮我们找到几个很有用的原则性思路。
第一个思路是要记住真正重要的信息。
我们日常所需要学习和记忆的知识往往并非生死攸关,大脑也不可能真正理解为什么我们需要背古诗和九九表。但我们可以用一些办法让大脑“误以为”这些信息很重要。
一个很好的窍门其实就是不断重复,因为大脑会误以为总是重复的信息一定代表着某种重要的生存信号。还有,调动情绪也是一个很好的窍门,因为如果一个信息总是和奖赏或者惩罚同时出现,我们的大脑也会天然倾向于认为它很重要。
你看,这两个窍门和咱们中国古代私塾的传统教育方法有点类似:平时就是一遍遍地背“子曰”“诗云”,背不会了老师还要打板子。当然,咱们今天没有必要用“打板子”这么简单粗暴的方法,把它换成奖励自己吃点好的或者刷会儿短视频,可能也会很有效。
第二个思路是利用短期和长期记忆形成的时间差。
我们已经知道,短期记忆只能持续几秒到十几秒,而长期记忆形成需要几十分钟甚至更长时间。
考虑到这个时间差,你会意识到持续不断地死命学习新知识是没有用的。因为短期记忆容量有限,你一直往里灌,它也装不下;而短时间内,长期记忆又不足以形成。
所以有一个记忆的窍门叫间隔重复(spaced repetition),你集中和重复学习一小段时间之后暂停干点别的,几个小时之后再来重新学习。这样可以给长期记忆留出形成和巩固的时间。
最后一个思路是降低记忆提取的难度。
长期记忆形成之后,我们需要依靠线索来提取它们,就像你需要知道书名才能找图书馆借书一样。那为了降低提取难度,我们需要为记忆留下足够的线索,这样我们随时随地都能方便地提取。
对应这个思路,也有两个窍门。一个窍门是在记忆的时候充分展开联想,在记忆汉字和英语单词的时候这一招很管用。还有一个窍门则是尽可能把散点知识连成线、连成网,这样提取的时候就能顺藤摸瓜获得一系列有用的信息,信息之间彼此还能相互提取。背一首五言绝句的难度要远低于记住20个毫无关联的汉字,道理就在这里。
因此,一个好的记忆提取方式是形成自己的知识结构,把各种各样的信息统一到一个网络中。你可能在很多电视剧里看到过所谓的记忆宫殿法,在人脑中构造一个虚拟宫殿,再把各种碎片信息安放到宫殿的不同位置。这个方法说白了,和画思维导图、知识图谱是一个作用,就是把零碎的知识连接成网。
知道了提高记忆力的好方法,下一步我会给你们讲述相关的脑科学原理,帮你从根源上理解记忆的形成和存储。好,咱们开始。
【短期记忆:微观信号传递】
前面咱们已经多次讲过,学习的本质是形成新的输入-输出模式。在神经元层面,这意味着一部分特殊的突触连接被增强或者减弱了。而什么是记忆呢?说白了,记忆就是学习的结果。记忆形成的起点,也就在突触前后两个神经元的信号传递过程中。
这个过程你应该还记得,一个神经元的轴突在电活动到达时,会将神经递质分子释放到突触之间,这些神经递质分子自由扩散到突触另一侧,和树突细胞膜表面的受体蛋白结合并启动新的电活动。
相应的,在学习过程中,突触的两侧都会发生变化:突触前的轴突,释放神经递质的阈值降低了,而突触后的树突,检测神经递质的能力增强了。这就像两个人说话讨论问题,一个人提高嗓门,另一个人耳朵变灵,那这两个人信息交换的效率也就会提高。
具体来说,突触信号传递的效率发生变化,实现方式有很多种。比如说突触前会有更多的神经递质小泡移动到细胞膜附近、以备随时释放;突触后则会在细胞膜上安装更多的受体蛋白、以及更灵敏地识别神经递质,等等。在这咱们就不展开讨论这些细节了。
但从这些描述中你能体会到,这些动作都很简单直接,甚至只涉及到微小物质的微观移动。因此,伴随着学习的过程,这些变化能够在几秒内就快速发生,这就是记忆得以形成的起点。而这些突触层面的变化在发生后,能短暂地维持一段时间,由此形成的记忆,就是你熟悉的“短期记忆”(short term memory)。
人类的短期记忆往往只能持续几秒到十几秒时间。一个流行的说法是人类的短期记忆只能容纳7 /-2个元素,换算成汉字一般是6个字。比如手机号是11位数字的居多,导致大部分普通人很难听一遍就完整记住,你得赶紧写下来才行。这可能也是为什么很多商业服务号会选择用5位数字,比如10086;或者穿插重复数字,类似666、888的原因。
你可能会好奇,既然短期记忆的能力如此有限,那它为什么还会存在呢?
其实,相比短暂和有限的信息储存,筛选和处理信息才是短期记忆更为核心的功能。它有点像手机的内存,空间有限但运算速度极快,可以随时清除。例如2023年上市的iphone 15 pro手机,内存只有8gb,但闪存空间可以高达1tb。但就运算速度而言,内存的运算速度高达每秒几十gb,是闪存的几十倍。
为什么会这样呢?因为人脑的记忆空间非常有限,无法容纳所有信息。这种快速记忆和快速擦除的机制,能让短期记忆作为一个外部信息的筛选器,只有那些最重要的信息才会被大脑长期记住。
哪些信息最重要呢?还是那句话,脑的出现是为了帮助动物更好的生存和繁殖。显然越是生死攸关的信息,越容易被记住。一个经典的例子是所谓的“加西亚效应”(garcia effect),简单来说就是人和其他动物吃了有毒食物后出了问题,能永远记住这种食物的样子和味道,永远不会再尝试它。
【长期记忆:蛋白质的合成】
那短期记忆是如何变成长期记忆(long term memory)的呢?
我们同样回到突触连接的层面去理解。在某些条件下,突触信号传递的效率在被学习改变之后,能维持更长一段时间。
相应的,研究者们也在突触之间观察到了一系列更为持久的变化。例如在突触前的神经元里,神经递质的合成会被加速;而在突触后,神经递质受体蛋白的合成也会加速。还有,在学习发生的界面,突触的直径会增大,两个神经元之间的突触数量还会增加。
总之,不管是功能上还是结构上,这一系列变化可以在更长的时间尺度上增强突触之间的联系。和短期记忆不同,这些变化不会在几秒钟之内发生,往往需要几十分钟到几个小时,但是变化一旦发生,往往可以持续几天、几个月、乃至更长的时间。
而这种长期变化又是如何发生的呢?
1966年,有一项经典研究找到了关键。研究者们给小鼠喂食能够抑制蛋白质合成的药物,发现小鼠的学习和短期记忆能力没有被影响,但长期记忆却无法形成了。因此,这项研究明确地提出了蛋白质合成和长期记忆之间的关系。
仔细想想,你会发现这个结论非常合理。神经递质及其受体的合成都需要一整套蛋白质机器,当然需要新的蛋白质补充进来;而想要改变突触的形态和数量,更是涉及到一系列变化,例如要增加细胞膜的面积、增加细胞膜上蛋白质的数量、增加许多蛋白质分子支撑突触的稳定结构,等等。所以一旦蛋白质合成被中止,这些变化无法发生,长期记忆也就无法形成了。
说到这,我们已经讨论了短期记忆和长期记忆的形成。简单的总结是,记忆都发生和记录在突触之间,但短期记忆主要体现在突触信号传递效率的变化;而长期记忆则体现为突触结构性的变化,涉及到蛋白质的合成。
【转换:记忆的存储和提取】
不过,事情还没完。让我们再次请出那个著名的患者亨利·莫莱森。
你应该还记得他,他大脑的海马区被切除了。但莫莱森实际上仍然能够快速记住刚刚听到和看到的信息,例如早上的时候医生查房时会做自我介绍,在刚介绍完的时候,莫莱森还是能记住他是谁的。
如果医生这时候报一串数字给莫莱森,他也能像正常人一样快速记住。但只要时间超过短期记忆的边界,几十秒之后他就会完全失去任何印象。但相反,在接受脑外科手术切除海马区之前发生的事情,莫莱森仍旧记得很清楚,哪怕已经过去了几十年。
也就是说,莫莱森的海马区被切除之后,他的短期记忆是正常的,但无法形成长期记忆;与此同时,长期记忆的存储和提取都是没有问题的。这说明海马区的主要作用是把短期记忆转换为长期记忆,而真正负责存储和提取的另有其人。
我相信你肯定也有这样的经历,到嘴边的一个名字或者一个事情死活就是想不起来了,但也许不知道哪个瞬间在哪个信号的触发下,你又能把它完整回忆起来。这是为什么呢?
这是因为虽然长期记忆一旦形成就会长时间保持稳定,但提取记忆的机制却可能时不时出错。一旦出错,可能某段记忆就像被永久锁进了没有钥匙的保险箱,再也无法被我们的脑所感知。
那记忆到底是通过什么机制被提取出来的呢?我必须得承认,关于长期记忆的存储和提取,目前学界还没有完全达成定论,因此我只能和你说个大概。
简单来说,长期记忆存储在大脑皮层,但并不是大脑皮层某一个固定的区域,而是分散在大脑皮层的不同区域。例如和视觉信息有关的记忆可能倾向于存储在视觉皮层,当人在试图提取和图像有关的记忆时,这个区域的神经活动也会增加。
而在短期记忆到长期记忆的转换中,海马区起到了非常重要的作用。海马区的神经元会把电信号送往不同的大脑皮层区域,改变皮层神经元之间的突触连接强度,并最终在这里形成长期记忆。
这个过程有点像手机程序运算的结果会从速度很快、但注意力窗口很狭窄的内存,转移到速度更慢、但空间更大也更稳定的闪存。当我们按下按钮用手机拍照的时候,照片数据实际上就经历了这一步转换。
在长期记忆形成之后,海马区可能只会保留极少数能够引发特定记忆的“线索”,有点像图书馆的目录和手机相册的微缩图片列表,帮助我们随时提取长期记忆。
【总结】
好,说到这,我们给这一讲做个小结。
从原理上说,记忆的形成发生在突触之间,短期记忆主要是功能性的,靠微观信号的传递;长期记忆主要是结构性的,和蛋白质合成有关。平时我们想要提高记忆力,可以采用有规律地重复、调动情绪、展开联想、绘制知识图谱等方法。