人脑是如何记忆的

人脑是如何记忆的

能否设计出类似于人脑的全智能电脑是人们关心的重要问题之一，这就要求我们首先必须深入认识和研究人脑。此文从多角度探讨了人脑的记忆过程，这对未来设计出更复杂的各方面都接近或在某些方面超过人脑的全智能电脑或许会有所作用。

一、注意在记忆中的作用

记忆可归因于刺激的持续效果，就是刺激消失后，仍然存在着刺激的持续效果，正象维·詹姆士(1892)在很多年前已指出的，“为了在记忆中保持一个心理状态，刺激必须持续一个相当的时间。”〖1〗然而，我们且莫忘记了同等重要的另一个因素──注意。

众所周知，天生的盲人没有视觉记忆的表象，因为他们没有感受到客体的视觉性刺激。显然感官接受刺激是记忆的前提，那么如果感官也接受了某种适宜刺激，是否就一定能转化为记忆（包括瞬时记忆）呢？大家都有过这样类似的经验，若刺激作用于我们的感官，但我们却丝毫也没有去注意就会发生“视而不见”、“听而不闻”、“食而不知其味”的现象。事情发生过后在头脑中不能留下半点印象。在看电影时，虽然我们的眼睛盯着银幕，但如果一旦自己“走神”，就会对银幕上出现的画面毫无觉察。这说明即使是瞬时记忆，也必须有注意的参与，对刺激信息的注意是记忆的必要条件，记忆就是刺激与注意共同作用的结果。用一个简单的公式可表示为：刺激＋注意＝记忆。

为什么注意如此重要呢？一些资料表明：皮层对网状结构并通过网状结构对外周感受装置发生抑制性影响。例如：如果在处于安静状态的动物（猫）身上回答声音刺激时会在听觉通路的不同水平上记录到电位的出现，那么在向动物突然呈现具有重要的生物意义的刺激（老鼠、鱼的气味）时，这些电位便显著地降低，甚至在听神经节（亦即外周）上就已消失。由此可见，皮层上所产生的优势现象（注意）使非关联刺激物的影响在外周上就已被阻断〖2〗。

信息在传入神经通路中的传递受注意影响。在无梦睡眠阶段（即不注意），即使是一个较强的刺激也不能传入皮层。从我的一些梦例中也可以发现，在做梦时感觉到火车声明显地不如觉醒状态时的响度大。打个比方来说，神经通路就好象一个滑动变阻器，而注意就好象是滑动变阻器的触头，注意的程度直接影响着神经通路的电阻大小。当人们注意某一刺激信息时，该信息就容易通过这条特定的神经通道；当人们注意程度小或不注意时，则信息在传向皮层时就逐渐被衰减，即是说刺激的能量在传递过程中变得越来越小。

其实，注意不仅能够改变神经纤维的导电性，而且也可以使对应的某些分析器的感受性发生变化。实验表明：人在注意时，与注意有关联的分析器的感受性发生变化，同时还可以改变其新陈代谢的性质。刺激信号是否容易通过分析器，依赖于分析器的兴奋与抑制水平。各中枢内部的不同分析器的兴奋与抑制水平是不同的，而分析器的兴奋与抑制水平则受到网状结构的控制、调节，分析器的感受性变化及其新陈代谢性质的改变都可以归因于网状结构的不同调节。

斯珀林的感觉记忆实验证明：人在一瞬间的记忆即感觉记忆的容量是7±2个符号（信息单位），它同时也说明，人在一瞬间注意客体的数量是7±2个符号，这是人在一瞬间的无意注意的范围。人在无意注意之后通过有意识的选择性知觉，感觉记忆的信息就会转入短时记忆，其容量也是7±2个符号（信息单位），这就是人们有意注意的范围，即人的意识所把握的客体数量。由此看来，感觉记忆的容量与无意注意的范围相当，短时记忆的容量与有意注意的范围相当。另外，人在一瞬间的注意范围是7±2个符号（信息单位），这说明网状结构可以同时调节7±2个符号记忆系统。

在觉醒状态，人可以通过大脑皮层随意调节网状结构的机能活动，维持着网状结构的紧张度和保证有持久的选择性的激活。因此，当大脑皮层发出注意某种刺激的指令后，即刻就

会提高有关分析器的活动水平，而同时抑制非关联刺激物分析器的活动水平。此外，丘脑的非特异系统的某些部位也控制着注意的转移和注意对象的选择。

刺激的心理强度并不只决定于刺激的物理强度。如两个强度不同的声音刺激，当你全神贯注地去注意那个较低的声音刺激时，被注意的声音就显得较响，而不被注意的较强声音听起来就很弱，甚至不能听到。可见，刺激的心理强度还决定于同一分析器内部的特征分析器的活动水平，特别是特征分析器末端信息定位细胞的活动水平。

记忆速度的快慢，信息储存的快慢最根本的决定于注意的程度。人在注意时，在皮质的注意区合成信息的化学物质增多，保证信息物质的合成，或使各神经元轴突、树突易于建立更多的突触联系。

注意不仅与记忆的储存有关，也与记忆的唤醒有关。某一记忆信息只有当被注意的时候，才能唤醒到意识中来，进行映象体验。经常注意的事物信息容易被唤醒。

觉醒状态，大脑皮层中的注意区并不只有一个，如一个人在边走边出声朗读时，皮层中就不只一个注意区，运动中枢有一个注意区，视觉中枢有一个注意区，语言中枢有一个注意区，听觉中枢有一个注意区等。

注意的根本机制是非特异传导系统的作用，“由感受器发出的神经纤维在经脑干时发出侧支，通过网状结构，最终弥散地投射到大脑皮层的广泛区域。”〖3 〗其作用是激发或维持大脑皮层的兴奋性，使机体处于觉醒状态。人在注意状态是需要某种能量的（电能或化学能），非特异传导系统就保证这种注意能的供应，通过非特异传导系统就可主动地控制、调节注意的过程，在此基础上才可能进行思维活动。

刺激、注意对神经纤维厚度有一定的影响。用白鼠做实验证明，经过走迷宫训练的白鼠其髓鞘厚度增加。由此可见，经常被注意的事物，注意得越深刻，其皮质代表区的神经纤维越粗，髓鞘厚度的增加与刺激的强度以及注意的强度、时间、次数有关。实验证明，粗纤维活动能力比细纤维活动能力强，受到刺激时容易兴奋。因此，睡眠时在相同刺激下，粗纤维易兴奋，与其相连的记忆细胞也较易被激活。脑鞘生长与刺激程度有关，刺激强度越大，频度越高，时间越长，则越容易促进脑鞘生长、增厚，脑鞘增厚可保证神经纤维允许较多的信息通过。

思维活动是认识的高级阶段，在脑中表现为接通神经联系、建立信息关系的过程，而注意的参与使得思维活动朝一定方向进行。例如：人们为了解决九点图的一笔连接问题而进行思维活动时，在脑中就表现为接通九个信息点之间的神经联系，注意则使神经联系的接通按一定方向进行。（见文末图一）

刺激可提高树突、轴突的紧张度，使之保持一定的空间形态以适于突触迅速传导。若原来突触构形不利于迅速传导，刺激则可改变其构形，使其适于迅速传导。这种构形变化包括：突触间隙变化，轴突、树突相对位置变化等。刺激越深刻，在刺激撤离后，突触构形越不易变化。当然，“刺激也可使突触部位的神经末稍增多或延长。”

二、记忆定位的机制

㈠突触在信息传递、定位中的作用

“突触，这是一种障壁，它可以阻止兴奋。不过某些障壁容易通过，某些比较难些，而有时则发生从许多通路中选择某一通路的情况”〖4〗。突触的作用，就象一个电阻，表现出电阻的特征，神经纤维则类似于一根导线。神经冲动（电流）有选择地沿一定方向传导，它有选择地通过小电阻。在一定条件下（如意志努力）或在不得已的情况下，可以通过大电阻。（见文末图二）

用电刺激某神经说明，神经冲动并不都是信息冲动，也可以是非信息冲动。一根神经并不只是起到传递特定信息的作用，也可允许非特定信息冲动通过。无论是特定信息冲动还是非特定信息冲动都可使突触小泡释放化学递质，作用记忆载体引起记忆信息的重现。

感受器具有专一性。特定感受器只将特定刺激转化为神经冲动，如视感受器只接受颜色刺激。

轴突末稍把神经冲动向下一级神经元传递，下一级神经元的突触受体被激活后，即可实现其心理感觉。信息定位于胞体或树突上，只有胞体、树突才能实现对信息的分析综合。

人知觉到的任何客体，即使是一个携带信息最少的信息单元（信息点）都是由两个以上的突触所组成的突触群共同起的作用，突触点的时空排列组合方式与客体的时空排列组合方式保持一致。

每一神经元的大量树突各自接受不同的精细信号，每一神经元都可以接受不同物理属性刺激的兴奋冲动。某种分析器的神经元可以让力、电、光、声等不同物理属性刺激信息的神经冲动通过，但这些不同物理属性的刺激信息都将转化为同种相应的心理感觉，如由于力的作用而使人眼冒金花。

㈡记忆定位的机制

任何事物都可看成是由一些最基本的“信息点”（信息单元）组成的，正是这些信息点以各种不同的方式排列组合，才构成了复杂多变的事物。就象黑白照片或黑白电视一样，构成其复杂图象的仅仅是一些黑白像点。视觉记忆就是对构成事物形象的色点进行记忆，听觉记忆就是对构成声音信息的声点进行记忆。信息点就是人们刚好能感知到的包含某种物理属性的点，如声点或色点。

人眼可以感知到的信息点是具有光能量子的光点。对于视觉信息，一个刚好能看得见的点所携带的信息是最少的。然而，即使是这样的点也包含许多信息，如颜色、形状、大小、方位、远近等方面的信息。当我们把这些信息点及各信息点间的关系记住了，那么由这些信息点组成的事物也就记住了。因此，对任何事物的记忆，都可归结为对其信息点的记忆，其结果是每一个信息单元在脑中都存在着一个对应的记忆区。

信息点在大脑皮质中定位于何处？由信息点的刺激转化而来的兴奋冲动总要通过突触的，由于兴奋冲动使得轴突末稍的突触小泡释放化学递质弥散到突触后膜上，递质作用于突触受体产生特定的生理效应，从而实现特定的心理感觉。信息点所产生的心理效应是在突触受体上实现的。

我们感知事物后，事物的形象就保留在脑中，然而当我们回忆或是在做梦时，事物的形象在重现时绝少会颠倒错乱，这起码说明记忆的载体是比较稳固的，不是可以任意改变的。

“激素本身不能将信息由突触前传给突触后神经结构，但许多神经激素可以显著地改变递质传递信息的效应。促肾上腺皮质激素（ACTH）与情绪及行为的关系也很密切。在应激过程中，由于ACTH的分泌，而导致产生恐惧和焦虑的情绪。可是，当ACTH分泌不足时又会影响学习及记忆等重要机能。de wied 发现摘除垂体的大鼠在穿梭箱内对电打击所形成的回避反射发生障碍，早先建立的条件反射也会消失。如果给这样的大鼠注射了ACTH, 又可以重新恢复建立条件反射的能力”〖5〗。条件反射建立时，大脑皮质内的兴奋过程究竟是怎样的？在中枢神经系统内发生了什么变化？

数字“１”是怎样定位于视觉中枢的呢？“１”可以看成是由连续点的集合“…”，集合中的每一个元素（信息单元）都可以作用于视感受器传到皮质的每一个视区细胞，由这些元素所作用的视区细胞其空间排列组合方式与信息源的每一个元素的空间构形相同，也为竖直线段。然而这些元素的信息载体（神经元）之间怎样形成联系呢？

虽然信息源中的每一个元素通过视感官都能投射到视觉区引起相应的形象，但是若想记住而把信息储存起来，就必须在视区把这些信息元素的接纳神经元按与刺激源排列相同的方式联系起来。在皮质中，要实现这些神经元的排列，那就必须借助于网状结构的调节。通过网状结构的选择性活动──扫描活动，这些神经元的轴突就开始按一定的方式排列。数字

“１”的各信息元素的载体细胞的排列形式如图三所示。（见文末图三）

皮质中形成的这种神经联系活动，在外观上是通过眼睛的运动来完成的。不通过眼睛的运动（以视线扫视所见物的轮廓），神经联系就无法建立，因此也就无所谓记忆。即使是对一个“色点”的记忆，也需借助眼动才能实现其记忆。事实业已表明，如果观察者凝视着静止对象的某一点，在这个过程中就会伴随着观察者察觉不到的不随意的微观运动：缓慢飘移、快速跳动和快速颤动。

数字“11”在皮质中是怎样建立暂时神经联系的？首先，数字“11”是由两个“1 ”组成的，这两个“１”分别投射到视区的两个空间位置上。“１”的每一个信息元素之间形成联系，这样就分别记住了两个“１”。而后这两个“１”之间发生联系，这种联系也是通过内部视线的运动（网状结构的扫描活动）使前一个“１”的一些轴突末稍朝向后一个“１”的信息载体（表现为一组神经元）而发生定向联系。（见文末图四）

当前一个“１”的信息载体被激活后，兴奋将沿轴突传导，当传到与它有突触联系的另一组神经细胞时，就使之发生兴奋，产生映象。当然轴突末稍有许多分支，神经冲动沿哪些分支通过还受制于网状结构的选择性调节。

不同的分析器之间是怎样形成神经联系的？我们知道，每一感受器的皮层部分有一个核心即中枢部分，这里集中了大量的感受细胞；还有一个外围部分，它由分散的细胞组成，这些细胞以不同的数量分布于皮层的不同区域。这些分散的、外围区的细胞进入邻近其它分种器核心的区域，这就保证了整个大脑皮层大部分参与个别感觉活动。当数字“１”传到视觉中枢就出现“１”的映象，“１”的信息载体──一一组神经细胞兴奋后发放出一定方向的神经冲动，经视分析器的外围部分传到皮质其它有关区域，被其它分析器的一组相应神经细胞接收，引起兴奋，出现信息映象。如被言语区接受，则可发出“１”的声音“yi”；发出的“yi”的声音若被听区接受，则可听到“yi”的声音。

总之，记忆是以神经联系的方式储存定位的，信息就表现在神经联系之中，没有联系就没有记忆。神经冲动由刺激信息转化而来，同样携带信息，所有的神经冲动性质都是一样的，只不过能量的多少不同，它们的任务都是通过突触把带有某种信息的能量，传递给下一个神经元，使之激活。当储存某种信息的一组神经元胞体的一端被激活后，就引起相应的心理感觉。记忆是许多突触协同控制的。暂时神经联系的方式可归结为两种：一是靠突触联系，一个神经元的兴奋通过突触引起另一个神经元的兴奋；二是靠轴突末稍释放弥散化学物质（如激素），通过网状结构的调节，这种化学物质可引起较远空间对应方向的神经元兴奋。

人类大脑各区是按一定成熟程序发展的，脑发展的成熟程序是：枕叶→颞叶→顶叶→额叶（即“O─T─P─F”线路）。由于各区成熟早晚的不同，将导致某些信息的定位也遵从这一脑发展的程序。据此，人类的一些早期经验较多地储存在枕叶与颞叶，而一些晚期经验较多地储存在顶叶与额叶。信息在同一机能区的储存将按照客体的时空顺序排列组合，定位于皮层相应部位。

信息定位所经历的几个阶段简述如下：

首先，客观事物（复合信号）刺激大脑，并按该事物的各种物理属性（如颜色、声音、温度、压力、运动、语词等等）进行自动分类定向投射，每一类刺激都投射到相应的大机能区。如颜色信息投射到视觉中枢，声音投射到听觉中枢，此阶段即为类属分离定向投射。

其次，每一类属的物理刺激在投射到类属机能区（大机能区）以前，还要进行种属分离定向投射。如，都是躯体感觉刺激，温度刺激投射到温度分析器脑末端的温觉机能区，压力刺激投射到触压觉分析器脑末端的触压觉机能区。这即为种属分离定向投射。

以上这两种投射都具有自动分辩的性质，大脑能自动地分辨出复合刺激（复合信号）的每种信号的性质，将信息投射到相应的机能区。

最后，将按刺激的先后及每组信号的关系进行有序定位。

皮质中的某一部位储存信息时，首先是随机的，如既可能是一幢楼房，也可能是一幢草房，即先前的信息储存是随机储存。如果后来的信息与先前的信息类似，则后来的信息储存到与先前的信息邻近的部位上。如果与第一次的信息完全相同，则神经冲动按原路传递，不再引起结构及新物质的合成。

从刺激信息的性质方面来说，信息的储存是不随机的，同一性质的信息只能定位于同一的相应皮质机能区；但同一性质的某一信息在同一机能区的定位最初是随机的。

语词在语言区储存定位时，一方面是随机的，另一方面是不随机的，首先是随机的定位，而后是不随机定位。

任何一个信息在脑中的定位都包含有两种定位方式：不随机定位与随机定位。

记忆定位遵从以下几条法则：

①记忆时是把事物作为一个整体定位于皮质中的同一个部位。如电刺激人脑侧部不同部位时，引起不同的往事视觉象如街头、人物、护士、房屋等等，在皮质中有不同的代表点。

②按信息的时空关系定位。信息的定位有先后顺序，也有一定的空间结构顺序。如人们能够分清两个事件发生的时间先后顺序，也能够分清某种事物的空间结构关系，人们常能够由一种事物联想到与其空间上接近的其它事物（小桥→流水→人家）。

③相似的两种信息，不分时间先后，在相邻区进行定位。如人们在学习两种不同的但又彼此类似的材料时，一般会产生前摄抑制和倒摄抑制。之所以会这样是因为类似的材料在皮质中的定位是比较接近的，或者说它们间的神经联系较多，一种材料信息的冲动较容易传向类似材料的皮质代表区，从而产生神经联系的泛化现象。又如，在梦中我看到一条长的转轮皮带在街道中央，另一次看到黄土岗子变成了桥。其实，皮带与街道、岗子与桥形状上是相似的，因此，它们定位于同一部位。

④记忆的定位还与主体的活动有关。人们常会发生这样的情况，一个本来很熟悉的字，不认得了。这是由于这个字产生的信息冲动没有传向原来的记忆细胞，而误入歧途，以致于好象不认得了。然而通过主体的积极活动，这个字的信息冲动就会沿原来的神经通道传向原来的记忆细胞。人们对一个村庄、一所学校的识记，第一次只记得大致轮廓，多次以后才能全部记得,这说明通过主体的意识活动,信息可以投射到和前次相同的记忆区域〖6〗。

最后，我们来简要分析一下色觉信息的定位。

每一色觉信息都在皮层视觉区相应的色觉特征定位器（记忆细胞）进行定位。

每一个人都能体会到由红、橙、黄、绿、青、兰、紫这七色组成的色带，给人以深浅不同的感觉，红色最浅，紫色最深。同一色调的两种颜色（深红和浅红）也能造成不同的深浅感觉。这说明色觉分析器脑末端有负责不同色觉信息的特征定位器，而且这些定位器按一定空间结构排列。值得注意的是，即使是色调最浓的深红色，也比色调最浅的紫色给人以较浅的感觉。据此，我们可以推测，色觉特征定位器在皮层中的空间排列顺序也是由红到紫的七色顺序排列。

在所有的颜色中，白色给人以最近的感觉，黑色给人以最远的感觉，因此，白色特征定位器与黑色特征定位器应处于所有颜色定位器（一组细胞）的两端。

分析器脑末端接受信息的定位细胞在任务上各不相同，有的接受较低能量的信息，有的接受较高能量的信息。可以推测离分析器脑末端的核心较近的细胞，负责接受低能量信息，离核心较远的细胞接受高能量信息。

三、电脑能否超过人脑

人脑是经过几十万年的漫长生物演化过程而形成的具有极其复杂结构和机能的最高级的物质形式，人脑与人的身体的眼、耳、口、手等其他部分的有机结合成为一个统一的同时具有生命、生殖、意识、认知、情感等各种物质属性、心理属性和社会属性功能的人。

电脑被人创造出来，人赋予它特定的数量有限的超人功能是为人服务的，它的某些记忆力、运算能力和信息处理能力虽然能够超过人，但电脑的功能始终受控于人，听命于人的指挥、调遣；反之，则不能。人脑和电脑由于具有根本不同的物质形式与活动方式，电脑将永远不可能代替大脑，更无法取代整个人体。当然，人脑也不可能取代电脑而达到电脑的某些超人功能。电脑只能具有人的心理的一些有限功能，而且电脑的个别类似于心理的活动都是被动的，它永远也不能够进行主动的、有机统一的活动。电脑永远不能够象人脑那样主动地感受自然，自觉地产生行动目的。人在行动时能够知道自己为什么这样做或者那样做，具有自觉性，电脑活动时却不知道它为什么要这样做或那样做，电脑永远不能够进行自主活动。要使电脑超过人脑，还不如提出这样的设想更为现实，在人脑中植入电脑，就有可能成为超级人脑或超级电脑。

图一图二

图三图四

〖主要参考文献〗

〖1〗《心理学现状与展望》《心理科学文摘》，上海师大心理系编,第27页,第2期,1980 〖2〗《普通心理学》，苏联·彼得罗夫斯基主编，第206页，人民教育出版社，1981 〖3〗《人体解剖生理学》，高等学校试用教材，高等教育出版社出版，第92页，1982 〖4〗《普通心理学》，苏联·彼得罗夫斯基主编，第22页，人民教育出版社，1981 〖5〗周绍慈《情绪及情绪行为研究进展》《心理科学通讯》,第53、54页,第3期,1986 〖6〗《普通心理学》，苏联·彼得罗夫斯基主编，第310页，人民教育出版社，1981

神经冲动

大电阻

小电阻

胞体

轴突