記憶之謎

陳俊杰

我們都知道，記憶是大腦的重要機能。記憶是學習的基礎，而學習就是通過神經系統不斷地接受環境的改變而獲得新的經驗的過程。記憶和學習都是人類生存所必不可少的生理過程。沒有記憶和學習，就不能認識和預見環境的變化，也就不能使我們的行為活動與環境的變動相適應。那么，人腦是怎樣學習和記憶的呢?

人腦是一種近乎完美的網絡神經結構，有著上百億個神經細胞。而且在人降生之前就已經根據一種由遺傳因素所決定的、異常復雜的結構計劃預先聯系成為一個有機的整體。但是僅僅知道這些并不能解釋我們后天所獲得的形形色色的經驗是如何“印刻”在大腦皮層的神經網絡上的。

人并非生來就懂得德語、法語、英語或烏爾都語，我們必須通過學習才能使用語言。正象一個不懂世事的兒童不知道主動地避開火焰，只有在嘗到燒灼皮肉的痛苦之后才學會了這一點。這就是經驗。但是，所獲得的經驗又是怎樣貯存到人腦的神經網絡之中呢?假如神經細胞之間的聯系是固定不變的，也不能產生新的神經細胞之間的聯系，那么，腦中要發生什么變化才能接受這些新經驗呢?

有幾種假說企圖闡明其中的機理。有一種假說認為，記憶是儲存在“神經傳遞環路”中的。這是因為觀察到人腦的神經細胞往往以“閉合環路”的形式相互聯系起來的。在這種神經細胞的聯系方式中，記憶和學習是通過神經沖動的電信號在環路中的循環和反復而貯存著。這些不斷環行的電信號就是信息流——記憶資料的源泉；另一種假說提出了記憶分子的觀點，這是從遺傳密碼的破譯中得到啟示的。很快就產生了一種很容易理解的設想，即記憶是有著其分子水平的物質基礎的。記憶信息貯存在蛋白質和核糖核酸(RNA)的生物大分子結構中。構成記憶的信息單位是以一系列小的構件分子進行編碼，就象各種遺傳信息在脫氧核糖核酸(DNA)分子中進行編碼一樣。DNA是遺傳的主要化學物質，而RNA和蛋白質與學習和記憶有密切關系。抑制RNA和蛋白質的新陳代謝過程可以引起遺忘癥。在實驗動物進行學習訓練之后，測定單個腦細胞或腦組織塊中RNA和蛋白質含量時，發現了RNA的分子結構中鹼基組成出現了一些特異性變化。因此認為，學習和訓練可刺激腦內RNA的合成過程，學習產生記憶，而記憶的信息則寄存和編碼在生物大分子上。

目前流行的有關記憶的假說是塑性理論。即認為記憶與神經突觸聯系的形成有關。神經突觸是指神經細胞之間的縫隙性接觸和聯系。通過化學媒介——神經遞質的釋放，一個神經細胞可以越過突觸間隙而把神經沖動的電信號傳遞到另一個神經細胞去。這樣，通過形成新的神經突觸聯系，學習到的信息就貯存在神經系統中。但是，信息的貯存——記憶要經過多種步驟。首先是“形象”記憶，即感覺性記憶。通過各種感覺器官而獲得的信息，首先在這里存貯。在這里的貯存量是十分有限的，所貯存的僅是一些極初步的粗糙的材料。貯存時間也很短，一般只有幾百毫秒。所以這種記憶只是一種比在視網膜上的殘留影象略微清晰些的畫面。如果沒有經過注意和處理就會很快地消滅而忘掉。當信息在這個階段經過了處理加工，從而把那些不連續的，先后進來的信息整合成新的連續的印象后，就可以從感覺性記憶轉入時間較長的第一級記憶中。這種轉移和過渡可以通過兩種途徑來完成。一種是把感覺性記憶的材料變成為口頭表達性的符號，如語言，而轉移到第一級記憶中，這是最常見的形式。另一種是非口頭表達性的途徑，目前還知道的不多，但這必然是幼兒學習時所必須采用的方式。在第一級記憶中，信息平均只保留數秒鐘。例如我們看到一個電話號碼，當剛剛看過而沒有反復運用而轉入長期記憶中時，僅僅也就能夠記住到撥號完畢后不久。如果經過多次運用即復習，信息便在第一級記憶中作相應的循環反復，從而延長了信息在第一級記憶中所停留的時間，這樣就使得信息更容易轉入第二級記憶中。這是一個大而持久的信息貯存系統，通常可保留數分鐘到數年的時間。有些記憶，如自己的名字，每天都操作的技藝等，由于長年累月的運用和復習，是不大會遺忘的。這類記憶是貯存于第三級記憶系統中，可能終生不會遺忘。第二、三級記憶屬于長期記憶。

外界通過感官進入人腦的信息量是非常巨大的。根據實驗研究統計，大約只有1%的信息能被較長期記憶貯存下來，而大部分都忘記了。但有人認為，生活中發生的一切事物都能寄存到大腦中，雖然大部分是一種通常不可回憶的形式。這看來是可能的，大腦并不缺乏信息的貯存能力，具有上百億個神經細胞的人腦，能夠形成的神經突觸聯系可能要超過宇宙間粒子的總數。還有人認為，人腦僅能記住那些它認為重要的東西。并推測大腦中可能存在著神經“守門員”或“重要事物檢測器”式的結構。因此，能被長期貯存的信息一般對于生物個體來說都是具有重要意義的，而且是反復作用的信息。所以，在信息的貯存過程中必然包含著對信息的選擇和遺忘兩個因素。看來，記憶和遺忘對個體同樣是重要的，這樣才能使大腦和神經系統在信息多如洪流的環境中更有效地工作。

(編譯自美國《81年的科學》)

(題圖:倉小寶)