腦的功能回路舉例（2）

2011年4月，在紐約科學院召開的“記憶和心智：改善記憶和課業成績”學術會議上，諾貝爾醫學或心理學獎獲得者康德爾（EricR.Kandel）說：“學習是如何去獲取知識；記憶是如何去儲存這些知識；教育則是如何去促進學習；神經科學研究力圖去了解學習和記憶是如何發生的。記憶是將我們精神生活維系在一起的黏合劑”[1]。

在研究學習和記憶時，我們需要回答4個問題：①記憶的過程和機理是什么？記憶過程包括內容的編碼、加固和提取；②記憶有哪些類型？③對應這些不同記憶過程的腦區和回路是什么？④如何改善和加固記憶，包括如何對記憶能力受到損壞的人群，以及在逐漸變老過程中記憶衰退的人群，進行治療和幫助。關于長時記憶和短時記憶的分類，以及形成長時記憶的分子機理，已經在前幾期的評論中介紹過了。本文將著重介紹長時記憶的類型和形成長時記憶對應的腦回路。

人的學習并不是只有一種形式。認知科學家對正常人的認知過程進行研究，把學習分成兩類，明晰性學習和不明晰的內隱學習。對應于明晰性學習的記憶，稱為陳述性記憶（或明晰性記憶）。在這一類記憶里又可以分成情景記憶和語義記憶兩類。情景記憶指我們記憶中保存的親身經歷的事件，如難忘的分離、喜慶的過程等。情景記憶中記憶的是時間、位置、人物；而語義記憶是指我們獲得的有關個人和周圍世界的知識，它并不一定是我們親身經歷的。例如我們在學生學習過程中強調的識字、學習計算規則、學習外語生詞和學習科學概念與定律等，都屬于這一類。進行明晰性學習時，我們是在有意識的情況下獲得知識。獲得的知識是可以用語言表達的、可陳述的，再提取這些記憶的時候，也是有意識地在進行提取。

認知心理科學家經過研究還確認了另一種學習方式，即不明晰的內隱學習。這種學習往往是在不知不覺，潛移默化中無意識地進行的，像我們學習騎自行車、學習母語的文法、習得講話的自然姿勢、知覺啟動、情緒反應等都屬于這一類。陳述性記憶重現時是有意識的提取；而提取非陳述性記憶往往是無意識進行的。例如我們在說母語時，并不需要去刻意考慮按文法組織語句，而是主要考慮的講話內容，這就是在提取非陳述性記憶，所謂母語水平主要是表現在達到文法的無意識提取水平。圖1中給出兩類長時記憶的分類[2]。

神經科學家通過對部分腦區被切除的病人進行行為研究；對動物活體腦的研究；以及運用先進的腦功能成像技術對正常人的研究，發現了與不同類型記憶相對應的腦區，進一步確認了腦中存在著兩大類不同的記憶系統。首先發現新的陳述性記憶是在海馬以及海馬附近的副海馬區形成的。這個在神經科學研究上具有里程碑意義的發現，歸功于一位患者H.M.（HenryMolaison）先生。1953年，因為他患有嚴重的癲癇病，為了治療他的疾病，醫生用手術去除了他腦中的海馬體和鄰近腦區的有些部位。手術以后，他仍然具有短時記憶的能力，如能記住聽到以后需要立即記住的電話號碼；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時陳述性記憶的能力。即使是經常負責治療他的醫生，在與他交談以后，再進入時，他已經不記得她了。H.M.的行為證實了記憶的確有不同的類型，海馬是形成新的陳述性記憶的關鍵腦區。

海馬區域是產生陳述性長期記憶的腦區，但是在編碼后生成的長期記憶的痕跡，會儲存在另外的腦皮層區中，特別是前額皮層的部位。對非陳述性記憶來說，產生與情緒有關記憶的關鍵部位是位于邊緣系統中的杏仁體；而屬于程序性和習慣性的記憶主要涉及的腦區是紋狀體和小腦（圖2[3]）。

就像所有的功能一樣，記憶雖然涉及了一些關鍵的腦區，但這些關鍵的腦區絕不是孤立存在的，它們只是復雜回路中的一些關鍵環節。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。20世紀50年代，美國的神經科學家培珀（Paper）提出了海馬體的工作回路。主要的信息輸入來自海馬結構的內嗅皮層，在Paper回路（圖3[3]中粗線表示的內層回路）中形成長時記憶。Paper回路中的任何一個結構被損壞，都會使人喪失形成長時陳述性記憶的能力。新的神經科學研究為我們提供了有關記憶功能更為錯綜復雜的圖像，發現形成長時陳述性記憶的回路要比Paper回路復雜得多，至少需要加入了圖3[3]中外層用細線表示的腦部位，包括前額皮層、聯合皮層、杏仁體和下丘腦。

處于顳葉的海馬以及與它相連的邊緣結構對于長時記憶的鞏固都是必不可少的。海馬促進了皮層不同部分信息的組合，例如說當你參加一個宴會時，你會同時接收到許多來自不同感官的信息，聽到的音樂、談話甚至噪音，看到不同的面孔和場景，許多信息進入人的感知系統以后會衰退，否則我們的腦將會被許多雜亂的信息堵滿。那么什么樣的信息會被聯合而加強，甚至形成長時記憶呢？這在很大程度上取決于發生在邊緣系統的過程：你是否對這些內容感到興趣、是否引起你情緒的改變，不管是仇恨、恐懼或是歡愉。這再一次說明，腦既是一個高度特定化的組織，又是一個各個部分相互聯系緊密，相互不斷互動的器官。

在以前的評論里我們已經介紹過，幼兒在5歲以前情節記憶的能力是很差的，他們主要的學習方式是觀察和模仿，會形成許多非陳述性記憶。即使在5歲以后，在以后的發育過程中，隨著年齡變化記憶主要涉及的腦區會變化，不同類型的記憶能力也會變化。相對于幼兒來說，成年人將短時記憶轉化成長時記憶時，不僅激勵了內側顳葉的海馬區和與其相鄰的腦區，還會激勵前額皮層區。

這是因為隨著年齡的增長，記憶的細節更為豐富。人腦從8歲到20歲，儲存面部信息的視皮層梭狀區和對空間位置反應的副海馬區幾乎要增加3倍，而對應于記憶物體的外側枕葉皮層變化就很小。什么地方的腦區增大了，對應的記憶能力一般也就會增強，兒童會具有越來越好的面部和對位置的記憶能力，但是對物體的記憶能力變化不大。

記憶和學習過程密不可分，教育的過程就是改變腦的過程。教育者和家長需要了解記憶的類型和發育過程，以及影響記憶的因素。現在大多數的家長和教師只關心陳述性記憶，忽略了內隱學習和社會情緒能力的培養。在陳述性學習中也往往會忽視隨年齡不同，學生整體和個體的差別。這些都會對我們的教育效果產生很大的影響。

例如說，兒童在10歲或12歲以前，如果有條件學習第二外語，可以達到母語的水平。這是指在第二外語文法掌握上，如果有合適的學習條件，這些兒童也可以像掌握母語文法一樣，形成無意識提取的程序性記憶。但是，這需要特殊提供的環境和學習過程。例如在家庭里共同生活的父母可以分別講兩種語言，或是孩子有機會能夠上較好的具有真正雙語環境的學校。美國有的學校正在進行試驗，在一天中保證使用外語的時間不少于150分鐘的環境中，看學生是否能掌握第二外語達到母語水平。我國在實施新教改以后，要求有條件的學生從小學一年級開始學習英語，一個星期兩，三節課，常常只是在記憶單詞。因此，自本世紀初實施新教改英語課程以來，已經十幾年了，實際結果證明，當初入學從一年級就開始學習英語的學生，沒有達到預定的母語水平。因為對單詞的記憶屬于陳述性記憶，它在進入青春期以后的青少年時期才最為有效，而不是發生在兒童時代。成人以后人的一生中都可以進行外語的學習，學到的單詞不去經常使用就會忘記，而對母語式的文法習得，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專項項目（《基礎教育階段技術和設計教育的國際比較研究》項目批準號：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，電子學專家，教育家，中國工程院院士，中國少數民族教育學會理事長，國家教育咨詢委員會委員。曾任教育部副部長、中國科協副主席。