科学家解开记忆之谜:多样化重复性刺激形成记忆

2010-9-15 11:01 来源: 中国科学院
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  当记忆一件事情时,一遍又一遍地重复,能加强对事件和单词的回忆。然而记忆形成的神经机制长期以来依旧是个谜。科学家使用功能磁共振成像仪(fMRI)分析了大脑活动图像,结果发现,通过多次学习记住一张面孔或一个单词,与忘掉它相比,其神经活动在多个脑区显示出更大的相似性。《科学》杂志近日发表的一项研究表明,多次激活同样的神经连接方式能将事物印在记忆里。这与心理学家40年前提出的编码变异假说结合,能使人们更好地理解记忆的形成机制。

  既存在又不存在的记忆

  记忆是多种不同事物的集合,可以是微妙的感觉、具体的影像、连贯不连贯的事件过程;也可以是抽象的概念和逻辑。不论哪种记忆,都是大脑神经网络中的一组神经元被激发,形成某种特定的连通回路。大脑储存的方式是把事情分拆为最基本的单元,每个单元分别由指定的神经元储存。

  完整的记忆只有在被提取时才形成,它既存在又不存在。我们无法在大脑中找到记忆图像,它只是百亿个神经元的组合。不同的记忆素材通过编码,储存在不同的脑区,提取的方式也不同,需要几十个不同的脑区共同合作,才能形成或再现。

  短暂记忆靠神经传导素增强神经元之间的信息传递形成,只能保留几分钟;而长期记忆能保存许多天甚至多年。不断重复能使短暂记忆转变为长期记忆。通过不断重复,大脑中的化学信号系统会把一种特殊蛋白质推入神经元的核心,并且在那里启动遗传基因合成蛋白质,神经元因此有了基本的改变,增加新的触突,创造新的连接网络。结果是大脑有了结构性的改变,这就是长期记忆的建立。

  多样化刺激形成记忆

  与某事件相关的素材以适当的间隔重复出现,而不是一次性出现,回忆这件事情会更加容易。比如,在几天内多次、短时间看到同一张脸,就比在一天内长时间对着这张脸更容易记住。这就是心理学家40年前提出过一种编码变异假说。

  其中一个原因就是,多背景的联系能从多途径提取记忆:这张脸与多种不同的背景联系起来,比如学校、工作场所和家庭相对于舞会等单纯的一种背景,更容易让人想起。每种不同的背景或环境,能激活大脑的不同功能区。这一假说认为,不同的神经反应能提高记忆。

  但是得克萨斯州立大学认知神经科学家拉塞尔·博德里克领导的一项神经影像研究提出,反过来也是对的,即用同一种背景多次激活同样的神经连接方式,事物能被更好地记忆下来。

  重复性刺激形成记忆

  博德里克的研究小组用功能磁共振成像检测了24个受试者的大脑活动。他们让受试者看120张不熟悉的面孔,每张脸以不同的间隔重复4次,用fMRI扫描记录大脑在整个过程中的活动图像。一小时后,把这些面孔和120张新面孔混合起来,再让他们看,并询问受试者对每张脸的熟悉程度。

  研究人员查看了记录下来的大脑反应,当受试者第一次看到某张脸时,神经活动集中在与视觉感知和记忆有关的20个脑区。后来,当要再次识别面孔时,每次都在其中9个脑区产生相似的神经活动方式,尤其是与目标认知相关的区域。如果面孔被忘记,则不能形成同样的神经活动方式。

  在另一次独立实验中,研究小组给受试者听180个单词,每个重复3次,同时用fMRI扫描记录大脑活动。6小时之后,对受试者进行的两次记忆测试表明,当被记住的单词重复时,在这20个脑区中,有15个引起了相似的神经活动。

  研究人员认为,试验结果解释了记忆研究领域长期存在的一项争论,即通过刺激,同样的神经连接重新激活时,就会形成一幕记忆。记忆完成的精确与否,取决于不同脑区活动方式重连得是否精确,而不是更多的连接方式。

  耶鲁大学的认知神经学家马文·谆认为,这一结果并没有否定编码变异假说,因为博德里克研究小组的实验环境与编码变异假说完全不同。如果要直接检验假说,应当设置另一种环境。

  英国剑桥大学认知与脑科学部医学研究理事会的里克·汉森认为,当多次受到同一目标冲击时,更吸引人的单词或面孔更容易再度引发大脑形成同样的连接方式,也更容易形成记忆。这种影响能解释实验结果而无需推翻编码变异假说。

  为了分析这种情况,还须进一步分析受试者对单个目标的大脑反应。博德里克说,我们把这些神经影像数据综合起来,有助于更好地理解编码变异理论。也许情况正相吻合,编码变异假说跟我们的实验结果并不违背。