腦的功能回路舉例（2）

2011年4月，在紐約科學(xué)院召開(kāi)的“記憶和心智：改善記憶和課業(yè)成績(jī)”學(xué)術(shù)會(huì)議上，諾貝爾醫(yī)學(xué)或心理學(xué)獎(jiǎng)獲得者康德?tīng)枺‥ricR.Kandel）說(shuō)：“學(xué)習(xí)是如何去獲取知識(shí)；記憶是如何去儲(chǔ)存這些知識(shí)；教育則是如何去促進(jìn)學(xué)習(xí)；神經(jīng)科學(xué)研究力圖去了解學(xué)習(xí)和記憶是如何發(fā)生的。記憶是將我們精神生活維系在一起的黏合劑”[1]。

在研究學(xué)習(xí)和記憶時(shí)，我們需要回答4個(gè)問(wèn)題：①記憶的過(guò)程和機(jī)理是什么？記憶過(guò)程包括內(nèi)容的編碼、加固和提取；②記憶有哪些類(lèi)型？③對(duì)應(yīng)這些不同記憶過(guò)程的腦區(qū)和回路是什么？④如何改善和加固記憶，包括如何對(duì)記憶能力受到損壞的人群，以及在逐漸變老過(guò)程中記憶衰退的人群，進(jìn)行治療和幫助。關(guān)于長(zhǎng)時(shí)記憶和短時(shí)記憶的分類(lèi)，以及形成長(zhǎng)時(shí)記憶的分子機(jī)理，已經(jīng)在前幾期的評(píng)論中介紹過(guò)了。本文將著重介紹長(zhǎng)時(shí)記憶的類(lèi)型和形成長(zhǎng)時(shí)記憶對(duì)應(yīng)的腦回路。

人的學(xué)習(xí)并不是只有一種形式。認(rèn)知科學(xué)家對(duì)正常人的認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行研究，把學(xué)習(xí)分成兩類(lèi)，明晰性學(xué)習(xí)和不明晰的內(nèi)隱學(xué)習(xí)。對(duì)應(yīng)于明晰性學(xué)習(xí)的記憶，稱(chēng)為陳述性記憶（或明晰性記憶）。在這一類(lèi)記憶里又可以分成情景記憶和語(yǔ)義記憶兩類(lèi)。情景記憶指我們記憶中保存的親身經(jīng)歷的事件，如難忘的分離、喜慶的過(guò)程等。情景記憶中記憶的是時(shí)間、位置、人物；而語(yǔ)義記憶是指我們獲得的有關(guān)個(gè)人和周?chē)澜绲闹R(shí)，它并不一定是我們親身經(jīng)歷的。例如我們?cè)趯W(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)的識(shí)字、學(xué)習(xí)計(jì)算規(guī)則、學(xué)習(xí)外語(yǔ)生詞和學(xué)習(xí)科學(xué)概念與定律等，都屬于這一類(lèi)。進(jìn)行明晰性學(xué)習(xí)時(shí)，我們是在有意識(shí)的情況下獲得知識(shí)。獲得的知識(shí)是可以用語(yǔ)言表達(dá)的、可陳述的，再提取這些記憶的時(shí)候，也是有意識(shí)地在進(jìn)行提取。

認(rèn)知心理科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究還確認(rèn)了另一種學(xué)習(xí)方式，即不明晰的內(nèi)隱學(xué)習(xí)。這種學(xué)習(xí)往往是在不知不覺(jué)，潛移默化中無(wú)意識(shí)地進(jìn)行的，像我們學(xué)習(xí)騎自行車(chē)、學(xué)習(xí)母語(yǔ)的文法、習(xí)得講話(huà)的自然姿勢(shì)、知覺(jué)啟動(dòng)、情緒反應(yīng)等都屬于這一類(lèi)。陳述性記憶重現(xiàn)時(shí)是有意識(shí)的提?。欢崛》顷愂鲂杂洃浲菬o(wú)意識(shí)進(jìn)行的。例如我們?cè)谡f(shuō)母語(yǔ)時(shí)，并不需要去刻意考慮按文法組織語(yǔ)句，而是主要考慮的講話(huà)內(nèi)容，這就是在提取非陳述性記憶，所謂母語(yǔ)水平主要是表現(xiàn)在達(dá)到文法的無(wú)意識(shí)提取水平。圖1中給出兩類(lèi)長(zhǎng)時(shí)記憶的分類(lèi)[2]。

神經(jīng)科學(xué)家通過(guò)對(duì)部分腦區(qū)被切除的病人進(jìn)行行為研究；對(duì)動(dòng)物活體腦的研究；以及運(yùn)用先進(jìn)的腦功能成像技術(shù)對(duì)正常人的研究，發(fā)現(xiàn)了與不同類(lèi)型記憶相對(duì)應(yīng)的腦區(qū)，進(jìn)一步確認(rèn)了腦中存在著兩大類(lèi)不同的記憶系統(tǒng)。首先發(fā)現(xiàn)新的陳述性記憶是在海馬以及海馬附近的副海馬區(qū)形成的。這個(gè)在神經(jīng)科學(xué)研究上具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，歸功于一位患者H.M.（HenryMolaison）先生。1953年，因?yàn)樗加袊?yán)重的癲癇病，為了治療他的疾病，醫(yī)生用手術(shù)去除了他腦中的海馬體和鄰近腦區(qū)的有些部位。手術(shù)以后，他仍然具有短時(shí)記憶的能力，如能記住聽(tīng)到以后需要立即記住的電話(huà)號(hào)碼；他也具有形成新的非陳述性記憶的能力，但是卻失去了形成新的長(zhǎng)時(shí)陳述性記憶的能力。即使是經(jīng)常負(fù)責(zé)治療他的醫(yī)生，在與他交談以后，再進(jìn)入時(shí)，他已經(jīng)不記得她了。H.M.的行為證實(shí)了記憶的確有不同的類(lèi)型，海馬是形成新的陳述性記憶的關(guān)鍵腦區(qū)。

海馬區(qū)域是產(chǎn)生陳述性長(zhǎng)期記憶的腦區(qū)，但是在編碼后生成的長(zhǎng)期記憶的痕跡，會(huì)儲(chǔ)存在另外的腦皮層區(qū)中，特別是前額皮層的部位。對(duì)非陳述性記憶來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生與情緒有關(guān)記憶的關(guān)鍵部位是位于邊緣系統(tǒng)中的杏仁體；而屬于程序性和習(xí)慣性的記憶主要涉及的腦區(qū)是紋狀體和小腦（圖2[3]）。

就像所有的功能一樣，記憶雖然涉及了一些關(guān)鍵的腦區(qū)，但這些關(guān)鍵的腦區(qū)絕不是孤立存在的，它們只是復(fù)雜回路中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在陳述性記憶和非陳述性記憶回路之間也有許多相互的連接和互動(dòng)。20世紀(jì)50年代，美國(guó)的神經(jīng)科學(xué)家培珀（Paper）提出了海馬體的工作回路。主要的信息輸入來(lái)自海馬結(jié)構(gòu)的內(nèi)嗅皮層，在Paper回路（圖3[3]中粗線(xiàn)表示的內(nèi)層回路）中形成長(zhǎng)時(shí)記憶。Paper回路中的任何一個(gè)結(jié)構(gòu)被損壞，都會(huì)使人喪失形成長(zhǎng)時(shí)陳述性記憶的能力。新的神經(jīng)科學(xué)研究為我們提供了有關(guān)記憶功能更為錯(cuò)綜復(fù)雜的圖像，發(fā)現(xiàn)形成長(zhǎng)時(shí)陳述性記憶的回路要比Paper回路復(fù)雜得多，至少需要加入了圖3[3]中外層用細(xì)線(xiàn)表示的腦部位，包括前額皮層、聯(lián)合皮層、杏仁體和下丘腦。

處于顳葉的海馬以及與它相連的邊緣結(jié)構(gòu)對(duì)于長(zhǎng)時(shí)記憶的鞏固都是必不可少的。海馬促進(jìn)了皮層不同部分信息的組合，例如說(shuō)當(dāng)你參加一個(gè)宴會(huì)時(shí)，你會(huì)同時(shí)接收到許多來(lái)自不同感官的信息，聽(tīng)到的音樂(lè)、談話(huà)甚至噪音，看到不同的面孔和場(chǎng)景，許多信息進(jìn)入人的感知系統(tǒng)以后會(huì)衰退，否則我們的腦將會(huì)被許多雜亂的信息堵滿(mǎn)。那么什么樣的信息會(huì)被聯(lián)合而加強(qiáng)，甚至形成長(zhǎng)時(shí)記憶呢？這在很大程度上取決于發(fā)生在邊緣系統(tǒng)的過(guò)程：你是否對(duì)這些內(nèi)容感到興趣、是否引起你情緒的改變，不管是仇恨、恐懼或是歡愉。這再一次說(shuō)明，腦既是一個(gè)高度特定化的組織，又是一個(gè)各個(gè)部分相互聯(lián)系緊密，相互不斷互動(dòng)的器官。

在以前的評(píng)論里我們已經(jīng)介紹過(guò)，幼兒在5歲以前情節(jié)記憶的能力是很差的，他們主要的學(xué)習(xí)方式是觀(guān)察和模仿，會(huì)形成許多非陳述性記憶。即使在5歲以后，在以后的發(fā)育過(guò)程中，隨著年齡變化記憶主要涉及的腦區(qū)會(huì)變化，不同類(lèi)型的記憶能力也會(huì)變化。相對(duì)于幼兒來(lái)說(shuō)，成年人將短時(shí)記憶轉(zhuǎn)化成長(zhǎng)時(shí)記憶時(shí)，不僅激勵(lì)了內(nèi)側(cè)顳葉的海馬區(qū)和與其相鄰的腦區(qū)，還會(huì)激勵(lì)前額皮層區(qū)。

這是因?yàn)殡S著年齡的增長(zhǎng)，記憶的細(xì)節(jié)更為豐富。人腦從8歲到20歲，儲(chǔ)存面部信息的視皮層梭狀區(qū)和對(duì)空間位置反應(yīng)的副海馬區(qū)幾乎要增加3倍，而對(duì)應(yīng)于記憶物體的外側(cè)枕葉皮層變化就很小。什么地方的腦區(qū)增大了，對(duì)應(yīng)的記憶能力一般也就會(huì)增強(qiáng)，兒童會(huì)具有越來(lái)越好的面部和對(duì)位置的記憶能力，但是對(duì)物體的記憶能力變化不大。

記憶和學(xué)習(xí)過(guò)程密不可分，教育的過(guò)程就是改變腦的過(guò)程。教育者和家長(zhǎng)需要了解記憶的類(lèi)型和發(fā)育過(guò)程，以及影響記憶的因素?，F(xiàn)在大多數(shù)的家長(zhǎng)和教師只關(guān)心陳述性記憶，忽略了內(nèi)隱學(xué)習(xí)和社會(huì)情緒能力的培養(yǎng)。在陳述性學(xué)習(xí)中也往往會(huì)忽視隨年齡不同，學(xué)生整體和個(gè)體的差別。這些都會(huì)對(duì)我們的教育效果產(chǎn)生很大的影響。

例如說(shuō)，兒童在10歲或12歲以前，如果有條件學(xué)習(xí)第二外語(yǔ)，可以達(dá)到母語(yǔ)的水平。這是指在第二外語(yǔ)文法掌握上，如果有合適的學(xué)習(xí)條件，這些兒童也可以像掌握母語(yǔ)文法一樣，形成無(wú)意識(shí)提取的程序性記憶。但是，這需要特殊提供的環(huán)境和學(xué)習(xí)過(guò)程。例如在家庭里共同生活的父母可以分別講兩種語(yǔ)言，或是孩子有機(jī)會(huì)能夠上較好的具有真正雙語(yǔ)環(huán)境的學(xué)校。美國(guó)有的學(xué)校正在進(jìn)行試驗(yàn)，在一天中保證使用外語(yǔ)的時(shí)間不少于150分鐘的環(huán)境中，看學(xué)生是否能掌握第二外語(yǔ)達(dá)到母語(yǔ)水平。我國(guó)在實(shí)施新教改以后，要求有條件的學(xué)生從小學(xué)一年級(jí)開(kāi)始學(xué)習(xí)英語(yǔ)，一個(gè)星期兩，三節(jié)課，常常只是在記憶單詞。因此，自本世紀(jì)初實(shí)施新教改英語(yǔ)課程以來(lái)，已經(jīng)十幾年了，實(shí)際結(jié)果證明，當(dāng)初入學(xué)從一年級(jí)就開(kāi)始學(xué)習(xí)英語(yǔ)的學(xué)生，沒(méi)有達(dá)到預(yù)定的母語(yǔ)水平。因?yàn)閷?duì)單詞的記憶屬于陳述性記憶，它在進(jìn)入青春期以后的青少年時(shí)期才最為有效，而不是發(fā)生在兒童時(shí)代。成人以后人的一生中都可以進(jìn)行外語(yǔ)的學(xué)習(xí)，學(xué)到的單詞不去經(jīng)常使用就會(huì)忘記，而對(duì)母語(yǔ)式的文法習(xí)得，卻是一生可以保存的非陳述性記憶。

該文章獲2011年度教育部人文社會(huì)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（《基礎(chǔ)教育階段技術(shù)和設(shè)計(jì)教育的國(guó)際比較研究》項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：11JDGC026）支持。

主要參考資料

[1]Sherman，C.Improvingmemorytoimproveacademic performance，April21，2011，http：//dana.org/news/ features/detail.aspxid=32166

[2]TheOpen-AccessNeuroscienceElectronicTextbook， UtahUniversity，http：//neuroscience.uth.tmc.edu/

[3]DifferentFacetsofMemory，BrainFacts.org. SocietyforNeuroscience，2012，http：//www.brainfacts. org/sensing-thinking-behaving/learning-and-memory/ articles/2012/different-facets-of-memory/

韋鈺，電子學(xué)專(zhuān)家，教育家，中國(guó)工程院院士，中國(guó)少數(shù)民族教育學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，國(guó)家教育咨詢(xún)委員會(huì)委員。曾任教育部副部長(zhǎng)、中國(guó)科協(xié)副主席。