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杨晗之

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《科学画报》编辑

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怎样获得超强记忆能力

2014-07-28 17:40:09

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最近,一档名为《最强大脑》的电视节目获得了很高的收视率。节目中的许多选手展示出超强的记忆能力。例如,一位选手将100个二维码图形和相应的100个电话号码熟记于心,另一位选手在很短时间内记住100位现场观众的指纹和名字。在日常生活和文学作品中,记忆能力的好坏通常被视作衡量一个人的聪明程度,也就是定义“最强大脑”的一个主要依据。

 

现代神经生物学的研究表明,任何一个神经系统都有记忆的功能——从只有108个神经细胞的线虫,到有10万个神经细胞的果蝇,再到有1011个神经细胞的人的大脑,只是在记忆的容量和复杂性上有极大差别。人与人之间记忆能力也有巨大的差别。我学习英语时,language(语言)这个词要重复好多遍才能记住,而钱锺书先生能把一本字典轻松地背下来。这种记忆能力的差异是天生的吗?人类能改进自身的记忆能力吗?我们能制造让自己“过目不忘”的记忆药片吗?近年心理学、神经生物学、人类遗传学、神经和精神病理学的进展提供了令人印象深刻的见解。

 

先天因素对记忆能力的影响有多大

我们的生理特征很大程度上是由父母共同遗传的基因决定的。人类有一万至两万个基因。每个基因是一段DNA,由四种不同的核苷酸按顺序连接起来。在个体之间,对等基因的编码序列不一定完全相同。虽然这种差异微小,却是决定人与人之间身高、体型、长相不一的根本原因。这种遗传编码的差异也是导致天赋各异的主因,当然也包括记忆能力。

比如,美国国家精神病研究所发表的一项研究表明,在正常人群中,编码神经营养因子BDNF的基因的一点差异就能显著地影响人的记忆能力。这个基因由700个左右核苷酸编码而成,其中一个核苷酸有两种不同的变异。一组具有某种BDNF基因编码的人对图像的记忆,比第二组具有另一种编码的人要好,而且前者在观看和回忆图像时,大脑的活动也更强。

那么,这种遗传因素在多大程度上决定了人的记忆能力呢?以上对BDNF基因的研究发现,对图像记忆能力的个体差异25%是由这一变异决定的。当然,还有很多其他基因变异会影响记忆能力,只不过还没有报道涉及综合了所有基因,即整体遗传因子对记忆的影响,但我们可以参考遗传对智力的影响。大量研究表明,人类个体之间智力的差别有50%80%是由遗传因子决定的。这种影响随着年龄增加而增强,到1820岁后就一直维持在80%的高水平。也就是说,成年后,环境因素对人类智力差别只有10%20%的贡献;而在童年,环境因素有50%以上的影响。所以,幼儿和小学阶段在开发智力上是非常重要的时期。

 

为什么训练能显著增强记忆能力

记忆能力虽然存在先天差异,但经过适当的训练可以得到显著提升,特别是在儿童和少年时期。与日常生活和能力评价紧密相关的记忆可分为两类。知识的积累与长时记忆相关,而综合多种因素以解决问题的能力主要与工作记忆或短时记忆相关。这两种记忆都可以通过训练得到改进。

这两种记忆发生在不同的大脑区域,并由不同的分子和细胞机制所调控,因而其制约因素也不一样。网上、各种智力开发书籍里包含了大量关于增强记忆的训练方式。下面我们针对改进两种记忆模式背后的神经机制作一些讨论。

长时记忆

人一生要储存大量的永久性信息,包括我们学习的语言、科学知识、认识的人、吃饭穿衣等生活技能等。可以说,大脑能用来存贮信息的容量不是问题,而获得这些记忆所花费的时间和精力是主要限制因素。有很多行之有效的方法能帮助我们获取稳固的记忆。其一是间隔性重复的训练方式。比如,要记住一首诗,最好的方法可能是背诵三次,今天背一次,明天背一次,后天再来一次,而不是把三次压缩到一个时间段内完成。为什么需要重复,并且要间隔性重复才能获得稳固的记忆呢?

研究表明,神经系统通过相应的网络和分子信号传导过程专门设置了门控机制来管制长时记忆的形成。长时记忆的形成需要消耗能量和资源,只有对生存有帮助的信息才值得记住。判断标准之一就是事件的重复出现。神经门控网络只把一定时间间隔后重新出现的事件作为重复出现的事件看待,而把无间隔重复出现的事件作为一次性偶发事件对待,即连续重复事件不值得永久记忆。清华大学进行的动物研究发现,通过遗传学方法改变神经门控机制的分子信号传导通路,能使压缩在同一时间段内连续完成的训练,获得在正常情况下需要间隔性重复训练才能获得的长时记忆。

另一个加强永久记忆形成的常用技巧是关联记忆。新的记忆一般在海马脑区形成,二三十天后转移到大脑皮层固化成永久性记忆。但如果把新事件与已经在大脑皮层固化的旧记忆关联起来,就可以直接在大脑皮层固化成永久记忆,从而更容易和加速获得新记忆。还有很多记忆技巧,比如视觉化、顺口溜化等,对其中一些我们能从神经学的角度给予解析,而另一些有待进一步研究。

工作记忆

我们在解决一个问题时,需要把各种相关因素以在线式的记忆进行逻辑推理和综合思维。这种记忆只需要维持很短的时间,从毫秒到分钟的量级,但容量极其有限。一般认为,这种在线式的工作记忆只能存储7±2个单元信息。也就是说,拿到一个小于7位数字的电话号码,看两眼就能记住;如大于7位数,就不是一下能记住了。所以,拓展工作记忆的容量成为主要限制因素。

美国《科学》杂志曾报道,一位中等智力的大学生经过一年多近230小时的训练,从一次只能记住7位随机数字,发展到一次学习能记住78位随机数字,其记忆能力和世界顶尖的记忆专家差不多。这意味着他的工作记忆的容量成倍增长了吗?研究者的答案是否定的。这位学生只是借助长时记忆等能力以及关联记忆等技巧,来减低随机数字的信息量,从而在容量容许的范围内提升这一特殊任务的短期记忆能力。

近期大量心理学研究也表明,增强某一特殊工作记忆容量是可能的。但是,这种训练能否拓展其他工作记忆容量,进而改进解决问题的能力,也就是达到增强智力的效果,仍在争论中。

 

有“过目不忘”的药片吗

据报道,每年高考前后药店里补脑保健品销量明显增加。家长希望这些药物能让孩子休息好、吃得好,甚至变得“更聪明”。实际上,不仅中国学生借助“聪明药物”来强化记忆,以争取更好的学习成绩,在美国也有25%30%的大学生利用“增强学习能力”的药物来应付考试。虽然在美国进入大学的考试没有那么大的压力,但入学后,大学生需要面对繁忙生活,包括打工、社交和大量课程带来的多重压力。因此,越来越多的学生利用“学习药物”帮助自己。那么,药物能改善学习和记忆的能力吗?

科学家在实验室通过改变单个基因的表达或功能,已制造出“聪明”的动物。1995年《细胞》杂志报道了“过目不忘”的转基因果蝇:正常果蝇需要训练10次才能记住,而这种转基因果蝇一次就能永久记住。1999年《自然》杂志则报道了增强记忆力的转基因小鼠。

这两项研究在社会上引起了轰动。它们表明,通过药物改变特异蛋白的功能有可能增强人类的记忆能力。在此基础上,美国成立了多家开发增强记忆药物的公司。用一位研究记忆的诺贝尔奖得主的话说,“记忆药片”就在下一个街口的拐弯处。可是,经过了十几年的努力,到现在为止还没有一种这样的药物上市。目前市面上的“聪明”药物都不是专门针对记忆开发出来的。不过,随着心理学和神经生物学及药物研究的进一步发展,终有一天增强人类智力和记忆能力的药物会摆在我们面前。

(本文作者钟毅为清华大学生命科学学院教授。)

 

——选自《科学画报》2014年第七期

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