记忆的生理机制

通过学习所获得的经验和行为习惯，都将在大脑中进行编码存储，于是编码、存储和提取经验和行为习惯的神经活动过程就称之为记忆，记忆具有三个阶段，对信息进行编码、存储、提取，要对大脑的机制进行阐述，就得对记忆的表征进行分类。

我们的大脑每天都在接受无数的信息输入，有些信息可能只在你的脑海中存留了几秒钟，有些可能保留几分钟、几小时甚至几天，但这些最终绝大部分都丢失了。但是，你可能还记起儿时家乡的小河，那蜿蜒曲折的河水了无声无息缓缓地从村旁流过，夏天，可能是你和小伙伴最为畅快的日子，你们在河里凫水嬉闹，那爽朗的笑声可能还在你的耳畔萦绕，这些记忆却能伴随你的一生。记忆的痕迹有长有短，有些随时间的流逝而湮没，有些根植你的心田，有些却无需你的意识，有些却必须回想。所以，我们可以看到，记忆的表征有很多的不同，或许它们的神经机制也不相同，故此，认知心理学对记忆进行了分类。

在心理学中，主要按照阿特金森(Richard Atkinson)和谢弗林(RichardShiffrin)在1968年提出的记忆三级存储模型。在该模型中，记忆具有三个存储机制：感觉记忆(或称感觉登记，现又称瞬时记忆)、短时记忆(又称工作记忆)和长时记忆。

按照这个模型，当外界刺激首先以其感觉维度即时登记，也就是进入感觉记忆阶段。然后，一些信息遗失，一些信息经过了特别的注意，进入下一个加工阶段——短时记忆。在短时记忆过程中，经过注意和精细复述的信息，可以进入长时记忆系统长久存储起来。而其他信息会很快被遗忘，并且，储存在长时记忆中的信息在需要时可以被提取出来返回短时记忆系统加以利用，以进行思维活动。这个过程就像生产流水线一样，将原料(刺激信息)进入流水线，从中选取有用的材料(信息)，进入下一个环节仔细筛查，随后将其确定的有用的信息储存至长时记忆系统(图4-4)。

图4-4　阿特金森、谢费林φ三级存储模型

一、感觉记忆

所谓的感觉记忆是记忆系统对感觉信息的暂时初步登记。它应该发生在意识性感觉区层面，也就是说，在外界刺激的直接作用消失之后，我们的感觉系统仍会在短暂的时间内保持刺激的状态以便为进一步的信息加工提供可能。感觉记忆是一种转瞬即逝的记忆。在视觉系统中，这种记忆的保持时间不到1s。这种瞬时记忆，人们很早就注意到了，但最早进行实验论证的是斯波林(George Sperling)。

斯波林在1960年给被试者呈现若干数字，如2、4、7、5等，每次呈现时间持续50ms。数字消失后，让被试者尽量多地把看到的数字复述出来。结果发现，当每次呈现的数字低于4个时，被试能够全部报告；高于5个时，被试者的报告开始出现错误。这是一种整体的复述，斯波林推测：“其实远超4个字母的信息进入了记忆中，只是没有适当地提取出来。”于是他设计了如图4-5所示的呈现方式：共12个英文字母，每行4个，共3行，呈现时间仍是50ms。但三行字母分别匹配高、中、低三种纯音。在字母呈现完以后，立即会呈现一种纯音信号(或高音，或中音，或低音)，要求被试者报告与该声音信号相联系的那一行字母。比如，被试若听到低音，就报告第三行字母；若听到高音，就报告第一行字母，这是局部报告法。由于三种声音信号的出现顺序是随机安排的，因此，被试者在声音信号出现前无法预测将要报告的是哪行字母。这样，就可以根据被试者对某一行字母的回忆成绩来推断他对全部字母的回忆成绩。研究结果显示，被试者的回忆率大大提高，平均报告项目数达到9个，远远高于使用整体报告法时的结果(平均报告4.5个)。在这里我们可以看到，被试者用局部报告的方法，能够从记忆中提取9个，而用整体报告的方法只平均提取4.5个，由此证明，这些刺激信息都存储在记忆系统里面，只是它存储的时间非常的短暂，而当被试者复述的时候，很多信息未被提取就已经消失了。

图4-5　斯波林使用的实验材料示意图

继斯波林之后，莫瑞(Moray)采用类似的方法，于1965年首先证明了声像记忆的存在。但声像记忆的容量比图像记忆小，平均为5个左右，但保持时间比图像记忆长，可以达到4s。其他的感觉通路也有类似的感觉记忆，如触觉刺激导致触觉感觉记忆，嗅觉刺激产生嗅觉感觉记忆，味觉刺激产生味觉感觉记忆等。各种感觉记忆按信息原有的形式进行储存，具有鲜明的形象性和生动性(这里其实就是我们在第二章中讲到的感觉信息点对点的投射)。虽然信息保存的时间非常短暂，但是信息的储存量很大，几乎进入感官的所有信息都能被登记。但是，只有那些被有机体注意的信息才会进入下一个加工过程——短时记忆。

那感觉记忆的神经机制是什。?神经冲动从感受器开始进入感觉传导通路，直到初级感觉区，引起初级感觉区相对应的功能感觉柱兴奋，功能感觉柱兴奋后将信息传递给意识性感觉区，通过意识性感觉区的整合，产生与刺激相对应的意识。这是我们在前面所获得的知识，本该冲动一结束，神经元的兴奋也就结束，产生的意识也就消失。但是，通过上述，我们却看到，这些信息在我们的感觉区保留了很短的时间(少于几秒钟)，那一定是有什么原因在维持这些表达信息的神经元一直处于兴奋状态，其实这就是突触的一种修饰。在第二章中，我们谈到的突触的短时程可塑性，可能就是突触的易化和增强。Ca2+过多进入突触前膜内，通过前面我们提到的递质释放机制引起兴奋性神经递质的过多释放，引起突触后神经元(初级感觉区的功能柱神经元)较长时间的兴奋所致。所以，在这里，我们可以看到，任何感觉性刺激信息都会在我们的初级感觉区停留一定的时间，以便于大脑更为高级的脑区提取部分信息，进行更为复杂的大脑活动，促使大脑作出更为有利的判断，以便更好地适应环境。

二、短时φ

短时记忆(short-term memory)是记忆系统处理信息的第二个阶段。只有在感觉登记过程中得到注意的信息才会进入这个阶段。因此，这是一个意识产生的阶段。短时记忆还为长时记忆提供短期储存信息的“空间”，先在这里对信息进行归类和编码，然后再把它送入长时记忆，进行长期保存。短时记忆还为记忆的提取提供了“空间”，在考试的时候，我们从长时记忆中提取已有的信息，经过短时记忆落实到考卷上。

让我们先来看看短时记忆一些特点，短时记忆现在习惯把它称为工作记忆，主要是大脑在进行意识活动时的一种工作资源平台。短时记忆的第一个特点在于编码，首先是听觉编码，其次是视觉编码。这其实就是笔者在第三章中与大家提到的感觉性语言区对于信息的整合。让我们闭上眼睛，静静地默想，你可以发现在你的脑海中萦绕的全是各种语言性声音信息，当然也有图像信息。所以，大家应该不难明白，各种感觉刺激信息，经过注意(我们大脑的选择活动)，被编码成语言信息，进入工作记忆阶段。

短时记忆的第二个特点是，短时记忆如果不经过复述，保持的时间大约只有15～30s。那怎样才能使短时记忆保留更长的时间呢?复述是短时记忆信息存储为长时记忆信息最为有效的方法。通过复述，短时记忆中的信息便可稳固下来，即将消失的微弱信息重新得到加强，变得清晰，并可┹长时记忆系统中去。可以说，复述是使短时记忆的信息向长时记忆系统转化的关键。复述分为两种：一种是机械性复述或维持性复述，就是将信息不断地简单重复；另一种是精细性复述，是对信息进行分析，使之与已有的经验(长时记忆)建立起联系。研究表明，简单的机械性复述并不能导致较好的记忆效果，只有通过精细复述才更可能把信息保存到长时记忆中去。在精细性复述中，当前的信息与长时记忆中的信息衔接起来，这样，当信息不再是孤立的易消失的信息时，就会比较容易记住。

让我们来设想一个场景——你在一次朋友的聚会上结识一位新朋友。你的老朋友在喝酒的时候介绍说：我给大家介绍一下，这位叫张三，这位是李四，这位是某某，等等。虽然，当时你也集中全部注意力听了介绍，但是，当你向张三或者李四敬酒时，却发现你已经忘记他们的名字。朋友介绍时，由于你的注意，你已经对这些姓名形成了短时记忆，但是，如果只有一遍，你很快就会忘记。这时，你如果是一个老练的公关人才，你会在你的脑海中机械地重复那些名字，这可以让你保持较长时间的记忆，以至于不使你在敬酒时显得尴尬。如果此后你没有将张三这个名字与其他的信息进行联系，或许第二天，或许稍微更长一些时间，那么你还是会忘却。这是因为你在脑海中对其名字进行机械性的复述，没有进行精细的复述。假如，你在酒席间与其攀谈，“张三，你是某某地方的吧?”“嗯!”“那你认识某某吗?”“认识，我们不知是多好的朋友?”“张三，我与他也很熟的，经常碰面，怎么没有见过你呢?”“哎，这些年，我在某某地方，与他很少联系。”如果你进行上述的精细性复述，你可能在很长的时间里再没有见过张三，你也仍然可能在见到你的老朋友时想起他有个朋友叫张三。在这里，我们来分析一下，“张三”两字是一个新的信息，对于这个信息，你与你的长时记忆中“某某地方”“某某老朋友”信息进行衔接，让“张三”这个短时记忆信息转变为长时记忆信息进行存储。

短时记忆的第三个特点就是短时记忆的广度(容量)大约只有7±2项目。短时记忆容量的有限性是其突出的特点。1956年美国学者米勒(George Miller)在其论文《奇妙的数7±2》中提出。短时记忆的容～7±2个项目，测量短时记忆容量的典型方法是采用表4-1所示的3～12位数字表。主试依次读数字表，每读完一个序列，被试者跟着正确地进行复述，直到不再能准确地复述为止。被试者的短时记忆容量就是他能跟着正确复述的最大位数。在这样的测试中，多数大学生能够正确地复述八九位数字。

表4-1　米勒短时记忆广度测量数字表

续表4-1

如何提高短时记忆的广度，也是现在那些“超级大脑”经常使用的方法，就是进行模块建构。例如，11 12113 1141151 161171 18 1191 110111 111 1211这一长串数字，你无法在短时记忆中完全记住，这时，你把它变为这样的模块一下就能够记住，111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011、1111、1211，当然模块的方式很多，但是基本上都是与长时记忆模块进行联系，以达到增强短时记忆的广度。

短时记忆的神经机制，与感觉记忆一样，同样是突触前膜Ca2+的内流增加导致的，只是感觉性记忆要转变为短时记忆，需要注意这个条件。因为注意这个条件相当于强直刺激的条件，促使突触有可能出现强直后增强，使记忆维持较长的时间。在整个短时程记忆中，突触的易化、增强或者强直后增强是其神经机制，但是，我们不难看到的是突触前膜内Ca2+浓度存在差异，短时记忆中的Ca2+浓度要高一些，能够使兴奋性递质的释放维持的时间更为长久。

对整个短时程记忆的机制进行总结，我们发现短时程记忆虽然存在突触的修饰，但是并没有突触结构的改变，所以短时程记忆的神经机制有这样三个特点：①短时程记忆是瞬间性的；②短时记忆的保持不需要突触解剖结构上的改变；③短时记忆的保持不需要新蛋白质的合成。

2014年10月，中科院上海生命科学研究院神经科学研究所李澄宇课题组采用先进的光遗传方法，证实了短时记忆的存储位置为大脑的内侧前额叶。当短时记忆正在进行时，内侧前额叶负责信息的暂时存储，而当短时记忆任务基本完成后，信息的“续存储功能”就会转交给其他脑区，这时，内侧前额叶会转而负责发出抉择行为的指令。由此可见，内侧前额叶既是短时记忆的存储区，也是大脑思维活动的抉择区。其中内侧前额叶在进行思维活动时既有从长时记忆区提取转变来的短时记忆，也有才接受刺激产生的短时记忆。内侧前额叶在对从外界的刺激所获得的信息和内部的经验存储进行整合，得出新的经验加以进行长时存储，或者做出抉择控制“行为”的实施。

三、长时φ

短时记忆经过不断的复述和(或)进行精细性复述，就会转为长时记忆进行存储。但长时记忆又有两种不同的记忆模式，即陈述性记忆和非陈述性记忆，这两种不同的长时程记忆模式的存储又有不同的神经机制。我们先来看看陈述性记忆：

(一)陈述性记忆

在李葆明编著的《大脑如何记忆》一书中，曾讲到格冉特曾写过一本令人心碎的书《再一次提醒我我是谁》。在书中格冉特写道：

当坚持不原谅和不忘记一切的扰太人以忘记了一切结束其生命时，我不知道这是一个悲剧还是一种福分。我的母亲，她那代人中的最后一位，正在失去她的记忆。只有过去最深处的记忆还保留着，但也是零零碎碎，稍纵即逝……此时此刻，她所亲身经历着的事情，刚刚发生便了无痕迹。而且，那种很久以前的记忆也在不断丧失，仅留下一些片段。将近一个世纪的个人生活史——这个舞台上交织过不说千位，至少也有几十位“演员”，足够演一部百老汇音乐剧的了——就这样缩减为一堆一两磅重的、体积越来越小的穿行着电冲动的组织。它的某些区域已彻底地、永远地沉寂了……不久，她将不再认识我——她自己的女儿。而且，如果她的疾病像老年痴呆症那样发展下去，她的肌肉将最终忘记控制废物的排泄，她忘记如何说话，并且在某一天她的心脏也将失去记忆而忘记跳动，她将因此而死去。啊!我终于明白了，记忆是人生的一切，是生命的本身。

这是作者格冉特在描述她的母亲因患多发性硬化痴呆症而造成的记忆丧失。在临床上还有一种临床表现极其相似的阿尔兹海默病(Alzheimer disease，AD)，这种疾病主要表现为认知和记忆功能不断恶化，日常生活能力进行性减退。我们可以看到，这些疾病患者他们的记忆在一点点的丢失，他们无法回忆过去的经历，他们正在缓慢地丧失自我。在这些疾病中患者们逐渐地丢失自我，就是其陈述性记忆的慢慢丧失。

那什么是陈述性记忆呢?陈述性记忆是对事件、事实、词语、面孔、音乐的记忆，即我们的经历和学习所获得的各种知识，这些知识都有可能被“陈述”，就是说，可以用语言或表象的形式再现出来。陈述性记忆也被称为外显记忆或有意识记忆。

1.陈述性记忆的编码

让我们再看看图4-4，在阿特金森、谢费林的记忆三级存储模型中，工作记忆经过简单的机械的维持性复述，可以让记忆的时间维持较长的时间，比如几小时或者几天。其机制就是不断的复述(相当于高频刺激)，最后引发突触的强直性增强，由于频繁性的刺激，使突触前膜的Ca2+通道大量的开放，大量的Ca2+进入突触前膜引发兴奋性神经递质的大量释放，最终导致突触后神经元较长时间的持续兴奋。但是这样形成的记忆并不牢固，我们在上面用朋友的聚会做例子已经说明了这种维持性复述所引发的记忆时间。如果要形成更为稳固的更为长久的记忆，则需要精确性复述。同样在上面我们已经谈到，精确性的复述有赖于我们的注意力、兴趣、偏好，以及处理新事件的充分程度。我们的兴趣和偏好让我们集中注意力，对新事件(新刺激)处理越充分，就越容易形成牢固长久的记忆。所以，对新事件的充分处理就是让新事件与我们已有的熟知的长时记忆建立更为ī的联系(连结)。

通过以上的叙述，我们明白了对于一个新刺激如何形成长时记忆的过程，一个新刺激通过传入通路传导到感觉初级区，在此形成无意识的感觉记忆，通过注意产生工作记忆，再经过不断的精细的复述，形成长时记忆。这些注意、加工、存储的机制就是心理学上的陈述性记忆的编码。

2.陈述性记忆的储存

回想人的一生，从懵懵懂懂到溘然辞世，有很多的东西存储在我们的记忆当中，仿佛我们那只有1400g的脑组织拥有无穷的存储能力。那我们的大脑究竟有多大的存储量，有人曾经估计过，人脑的长时记忆大约有2.8×1020比特的存储量，这个存储量是相当大的了，如果平均每台家用电脑的硬盘大小为1Tb的话，相当于2.8亿台电脑总共的存储量。有人马上会问，在大脑的哪一个结构拥有如此庞大的存储空间呢?在这里，我们首先要明白，大脑对这些信息的存储，并不是存储在大脑的哪一个结构，而是散在的分布在大脑的不同的感知区域，在感觉的初级区(也就是感觉信息的投射区)的每一功能柱都表达不同的信息，当这些表达不同信息的功能柱进行不同的组合，这些不同的组合再经过不同的感知分析区进行整合后就形成信息的完整表达。比如，我们人脑接收处理的信息主要来源于视觉，而视觉的初级皮质区位于17区，大脑参与视觉分析的区域却几乎占据整个大脑皮质的一半，30多个不同的脑区分别参与视觉的处理工作的不同层面，如物体的颜色、形状、运动、方向、空间位置信息等等，当一个物体被感知的时候，这些不同的脑区同时活动形成物体的感知觉。

上述的情况存在一个问题，那就是一个物体的感知觉信息，分散在不同的视觉感知区，参与的神经元数目何其庞大，当这个物体消失在我们的视野之外后，我们怎样才能够通过一个点激活这个拥有如此庞大数目的神经网络呢?显然，这些不同脑区的神经元，它们最终有一个汇聚点，通过这个汇聚点(或者说开关)，才能够引发这一神经网络的同时激活。这就像一幢大楼，里面有成千上万盏灯，这些灯分散在不同的房间，要如何才能使整幢大楼的灯同时发亮呢?当然只有开启大楼的总开关。那么，在大脑中，起着长时记忆总开关作用的结构是什。?

1926年，H.M.生于美国康涅狄格州哈特福德市。小时候的H.M.是个健康的男孩，但在一次车祸之后，他患上了癫痫。到他27岁的时候，癫痫已经严重到让他什么都做不了的程度，随时都有可能发作，他每周都要昏厥好几次。神经外科医生斯科维尔(William Scoville)在为他做了各项检查后认为，认为只要切除H.M.的一部分致病脑组织，就可以减轻他的症状。

1953年9月1日，27岁的H.M.清醒地躺在手术台上，只做了头皮麻醉。斯科维尔在他额头两侧钻了两个小洞，用一根金属吸管吸出了大部分海马组织以及海马周围的部分内侧颞叶组织。手术非常有效，H.M.的癫痫发作频率迅速减少。但是很快，人们发现了一个未曾想到的副作用：H.M.再也无法形成新的记忆了。

加拿大心理学家米尔纳(Brenda Milner)在对H.M.进行了一系列测试之后，于1957年发表了一篇著名的论文，将H.M.的遗忘症与他失去的那部分脑组织联系了起来。至今这仍是神经科学史上被引用次数最多的文献之一。

H.M.有着完全正常的智力，他可以跟人交谈，因为他可以把记忆保留很短一段时间，刚好可以够他想上一想。有一次米尔纳要他尽量地记住“584”这个数字，H.M.甚至编了一套复杂的方法来帮助自己记忆，他对米尔纳解释道：“这很容易。你只要记住8。你看，5、8和4加起来是17。你记住了8，17减去8等于9。把9分成两份就是5和4，这不就得出584了吗。容易。”

他专心致志地把这套法诀背了好几分钟，但是刚一分神，这个数字就从他的脑海中消失了。他甚至不记得刚才有人要他记住些什么。

他仍然认字，仍然会做算术，已有的这些知识并没有完全丧失。他们也都保留了完好的短时记忆。但没有了海马，H.M.的短时记忆无法被转化为长时记忆了。

他的生活从此变得很简单：和家人一起去买东西，偶尔为草坪除草，清理落叶，è电视。有时候做顿午饭，整理一下床铺——这些都是他27岁以前就已经学会的事情。他能记得一些小时候的事情，他记得父、他去公路旅行，但是他总也想不起自己最喜欢的一个叔叔其实已经去世了，尽管那是在他做手术前3年。

他搬进了新家，并在那里生活了很久，但是每一次去街角商店买东西，每一次走过家旁边的小路，每一次和部居打招呼，他都以为是第一次。有一次，一个研究者跟米尔纳一起来看H.M.，交谈了一会儿之后，忍不住转头对米尔纳说，这个病人真有趣。H.M.就站在旁边，顿时有点脸红，他小声嘀咕着说自己并不有趣，然后就走开了。

对他来讲，时间并不是连贯的。他没有意识流，只有稍纵即逝的意识点滴。如果你问他吃过午饭了没有，他一般会说：“不知道。”或者“吃了吧。”但却说不上吃了什么。在十几分钟的谈话里，他可能会把一个笑话重复讲三遍，每一遍都是一模一样的句子和语气，而一点也意识不到自己已经讲过了。

他形容自己的生活：“像是大梦初醒……每一天都和其他日子没有关联……”

但有一些事他能记得。

1962年，米尔纳发现，H.M.竟然能在不自知的情况下学会一些复杂的操作。在一次实验中，她让H.M.照着镜子里的图像，在纸上描五角星。这对正常人来说都不算一项简单的任务。

H.M.一开始也描不好，但是随着日复一日的练习，他画得越来越好，越来越熟练。他自己却一点也不记得以前画过这种东西。当他发现自己画得不错时，还很高兴地说：“哈，这个比我想的要容易嘛!”

他仍然不知道那个总是来他家的研究者科金(Suzanne Corkin)到底叫什么名字，但他觉得她很熟悉。如果科金在见面的时候问他：“我们以前见过面吗?”他会说：“见过。”

“在哪里见过?”

“高中。”

如果给H.M.一串C打头的名字让他选，他会选出科金的名字Corkin。他说不上来这个人到底是谁，但他觉得熟悉。

他会低估自己的年龄，也不知道自己有没有白头发。但是如果你突然把他带到一面镜子前，他并不会惊慌失措。他的大脑已经在成百上千次的重复中，熟悉了自己的形象。

H.M.一直是一个温和友善的人。和他相处了半个世纪的神经科学家科金说：“如果走进你房间的每个人都是陌生人，你会怎么办呢?一种办法是保持警惕，每一个都提防。或者，把每一个人都当做朋友。H.M.便是后者。”

他并不茫然。他有着自己的价值观，知道自己喜欢什么。他认为填字游戏可以帮助他记住单词，而且很好玩。他可以整整玩一个下午。

他还很有幽默感。有一次他去麻省理工参加一个测试，和研究者一起出门。门一关上，研究者忽然想起忘带钥匙了，他对H.M.说：“我怀疑我把钥匙忘在屋里了。”H.M.说：“好吧，至少你就算忘了，也还能记得是忘在哪里了。”

他有时也能感觉到自己好像在参与一项什么研究，但是他不太清楚到底是什么。科金经常跟他说：“你知不知道自己很有名，你帮我们做了好多研究。”他总是有些羞涩地问：“真的吗?”20秒后，他就又会忘掉这件事。科金每次告诉他，他都很开心，能对别人有所帮助使他觉得很快乐。

2008年12月2日凌晨5：05，亨利·古斯塔·莫莱森(Henry Gustav Molaison)，也就是人们在文献中所熟悉的H.M.，在位于康涅狄格州(Connecticut)温色洛克市(Windsor Locks)的疗养院中去世，享年82岁。他的全名也是这天由一位长期照料他的神经科医生宣布的，以此感谢他一生为神经科学研究领域做出的奉献。同时，他的大脑也被保留了下来。

2009年12月4日，H.M.逝世一周年以后，他的大脑在加州大学圣地亚哥分校被制成了2600多个切片，每片厚70微米。历时30多小时的切片过程在网络上进行了实时直播，得到了超过300万点击量。

作为一个失去记忆的人，H.M.在神经科学史上留下了一段无法被忘记的传奇。

(以上文字摘自百度百科H.M.词条)

从H.M.的整个手术后出现的情况，我们可以看到，从手术之前的几年的陈述性记忆丧失，到术后无法建立陈述性记忆，完全是因为他的海马和其内侧颞叶部分的切除造成的。现在神经科学的研究已经证实，海马与陈述性记忆密切相关。从第二章谈到的海马结构，大家已经知道，海马位于大脑侧脑室前角的底部，是大脑皮质最为原始的结构，在胚胎发育时期，神经上皮细胞分化为成神经细胞的迁移是沿着原皮质→旧皮质→新皮质的路径的。所以，处于最原始状态的海马结构就位于大脑皮质的深部，与后来的旧皮质以及所有新皮质之间都有着较为均衡的纤维联系，故此海马成为陈述性记忆的开关是由进化的原因造就的。海马周围有内嗅皮质、嗅周皮质、旁海马皮质，其中内嗅皮质和嗅周皮质合称为嗅皮质。而它们整个共同构成内侧颞叶，内侧颞叶接受来自大脑联合皮层的输入，而大脑联合皮层对所有形式的感觉信息进行整合处理，但初级感觉皮层并不直接投射到内侧颞叶。这就意味着，内侧颞叶接受的信息包含复杂的表征，也许是行为上重要的感觉信息，而不是简单特征信息。来自联合皮层的输入首先到达旁海马皮质和嗅皮质，然后进入海马进行处理。在海马体内主要是三突触回路：穿通纤维与齿状回形成突触(前穿质通路)，齿状回神经元经苔鲜样纤维与海马CA3区形成突触(苔鲜纤维通路)，CA3区神经元借谢费尔(Schaffer)侧支与CA1区形成突触(谢费尔侧支通路)。海马的主要输出通路是穹隆，它环绕丘脑，主要投射到下丘脑乳头体，而乳头体发出纤维投射到丘脑前核和中脑被盖部。而丘脑前核发出的纤维经内囊的前肢到扣带回，同时也接受扣带回的传入纤维，这样丘脑前核与大脑的联络区存在ī的纤维联系。而海马还有直接的纤维到丘脑的背内侧核，背内侧核与丘脑其他核团存在ī的纤维联系，并通过脑室周围系统纤维与下丘脑各个区域之间存在着双向联系外，还与前额皮质、颞叶新皮质也有大量的纤维连结；与额叶眶皮质、杏仁、海马、纹状体等均有联系。据研究，发自海马CA1区与下托的纤维，终止于内侧眶额皮质，伏隔核亦接受从下托与CA1区以及内侧眶额皮质的投射，相互间形成神经环路。

由此进行总结，可以看到经过海马形成了与大脑皮质形成ī的联系的神经回路：内嗅皮质(海马旁回)→海马结构→乳头体→丘脑前核→扣带回→内嗅皮质，这就是经典的Papez环路又称海马环路；海马结构→丘脑背内侧核→额叶、颞叶；海马→内侧眶额皮质；伏隔核、海马、内侧眶额皮质之间的环路等。海马结构通过这些神经回路与大脑皮质的联络区建立ī的神经连结，这就确保了海马在陈述性记忆中的关键位置，使其成为短期陈述性记忆和构建新的陈述性记忆的“开关”。

海马成为构建陈述性记忆的开关的神经机制是什。?在海马的三级突触连结中，每一级突触都可以发生长时程突触增强(LTP)(具体机制见第二章)，其中Schaffer侧支主要是突触后膜由于大量的Ca2+进入，导致突触后膜上AMPA受体数目的增加，使谷氨酸神经递质更易与AMPA受体结合，而致突触后神经元的EPSP电位增强所致。LTP虽然持续的时间比短时程记忆的神经机制中的强直性增强要长，可以持续几小时甚至几天，但是，仍然无法达到几年甚至一生的长时记忆，那还发生了什。?

我们在前面提过，短时记忆的突触修饰没有解剖结构的改变，而长时记忆的LTP已经发生了突触结构的变化，除使AMPA受体通道由于发生磷酸化而增加电导外，突触后膜上AMPA受体的数目也得以增加。科学家研究证实，海马长时程增强诱导的第一步是NMDA受体的激活和Ca2+内流。如果强直刺激只有1～2串(如一次学习)，诱导出的长时程增强只能维持1～2 h，这种长时程增强被称为早期长时程增强，它只需要通过ī激酶C使AMPA受体磷酸化即可实现，是短时程记忆的机制。如果强直刺激多达4串或更多(如多次重复学习)，诱导出的长时程增强能够维持24 h甚至几天，这种长时程增强被称为晚期长时程增强。研究表明，晚期长时程增强的维持需要启动神经元核内的基因转录。多串强直刺激(或者说学习或训练)，使Ca2+在短时间内大量地流入突触后神经元。Ca2+与一种被称为钙调蛋白的蛋白质结合，激活腺苷酸环化酶，从而生成大量的c AMP。c AMP与ī激酶A的调节亚基结合，使蛋白激酶A的催化亚基游离出来进入细胞核。进入核内的蛋白激酶A的催化亚基使c AMP反应元件结合蛋白(CREBī)磷酸化，生成CREB1。CREB1与DNA分子上的CRE结合，激活即时反应基因(IEGs)，从而启动新的突触ī

(调节因子、受体、离子通道等)的合成，使神经元原有的突触有更多的受体和离子通道，或使神经元装备新的突触形成长期稳固的连结(图4-6)。

反复呈现的刺激促使蛋白激酶A与MAP激酶转移到细胞核里。在这里，ī激酶A激活CREB-1，而MAP激酶使CREB-2失活。突触联系的长时强化不仅需要开启某些基因，也需要关闭某些基因。而短时记忆不涉及核内机制。长时记忆不只是短时记忆在时间上的延伸，不仅仅是突触的强度增加，神经回路中的突触数目也发生了变化。长时习惯化时，感觉神经元和下级神经元之间的突触数目减少；长时敏感化时，感觉神经元长出新的突触前端，其寿命与记忆维持的时间等长。这就是长时记忆的神经分子机制，它不仅只发生在海马结构，同样也发生与大脑的各个脑区。

图4-6　谢费尔(schaffer)侧支长时程增强机制图

从上面我们已经知道，海马结构在陈述性记忆中起着“开关”的作用。当刺激引起初级感觉区形成无意识的瞬时记忆时，其中被注意的信息进入各种感知区形成短时记忆，而短时记忆经过多次的学习(包括机械性复述和精细性复述)通过内嗅皮质触发海马发生晚期长时程增强，而海马区的晚期长时程增强除了发生突触结构的解剖学改变(突触受体数目增加)外，还有新的稳固的长期的突触形成导致兴奋性突触的数目增加，而使突触后神经元的敏感性增强。而当要进行长时记忆的读取时，比如内侧前额叶处兴奋，它就可以通过与海马之间的回路，引起长时记忆海马回路中的海马区兴奋，由此通过海马的传出通路，使此长时记忆回路的大脑各感知区的存储记忆的神经元兴奋，再次形成短时记忆，供大脑思维、学习等(图4-7)，这就是大脑的记忆的提取机制。当长时记忆经过多次反复的提取，在1～2年后，存储长时记忆的各感知功能区的神经元之间就会建立更加稳固和效率更高的神经回路，同时脱离海马的记忆开关的控制，使记忆的读取更加容易和高效。

或许有些人会在此提出问题，有些刺激经过反复多次的学习也无法建立稳固的长时记忆，而有些刺激，一生只经历过一次，却让人终生难忘，这又是什么神经机制呢?原来在大脑的基底核中，有一个核团叫杏仁体，这个核团主要与情绪和性行为有关，但是它也参与大脑的学习和记忆。据研究，杏仁体主要参与恐惧学习，一些强烈的声音和视觉信息在丘脑平面通过纤维直接传到杏仁体的基底外侧核，同时信息也通过主要路径传到大脑皮质的视听感知区，视听感知区再传到杏仁体，杏仁体的基底外侧核接收到信息后传到中间核团，在此进行分析，然后通过传出途径到达海马，激活海马区产生晚期长时程增强效应或新突触的生成，而形成长时记忆。

例如，你听到某种特别的声音或者见到某种难忘的场面(恐惧场面)，只有一次的刺激，却能让你终生难忘。当然杏仁体主要参与的是非陈述性的情绪学习。

图4-7　大脑陈述性记忆的存储与提取模型

(二)非陈述性记忆

非陈述性记忆是指不依赖于意识或认知的记忆。该记忆的形成需要多次重复练习(刺激)才能逐步形成，主要包括感知觉和运动技巧、程序和规则的学习，是很难用语言表达的记忆。非陈述性记忆以习得性行为为其主要特征。而习得性行为是指一切经过学习(或经验)而获得的行为，具有比条件性反射更ī的含义。

非陈述性记忆包括敏感化、习惯化、启动效应、知觉学习、情绪学习、运动技巧、习惯学习、认知技巧、分类学习和经典条件反射等十大类，其中的敏感化和习惯化学习，我们已在前面进行过阐述，而认知技巧和经典条件反射大家已经熟悉，故在这里我们着重谈谈情绪性学习和运动技巧的学习，并对其机制进行阐述。

1.启动效应

所谓的启动效应，就是当人们再次遇到新近见过或听过的刺激物(如词汇或物体)时，检测或识别它的能力会得到改善，这种现象就是启动效应。这种检测或识别能力的提高是一种无意识参与的过程，它的作用是加强对近期遇到过的刺激形成知觉的能力，但我们无需意识到这种能力被提高。启动效应的意义在于：在人和动物所处的环境里，出现过的刺激极有可能再度出现，启动效应能够提高个体对熟悉环境的感知速度和效率。凭借启动效应，个体能更有效地适应它们的生存环境。启动效应普遍存在几乎所有能感知的刺激中，包括声音、无意义字母串、不熟悉的视觉物体、新颖的几何图形以及语音材料等等。前面谈到的患者H.M，在C打头的名字会选出科金的名字Corkin，就是启动效应。我们也经常听到某人说，这个东西我见过，他看到的这个东西就属于启动效应。

2.知觉学习

知觉学习是指仅仅通过重复的分辨操作，使我们对诸如声音、线条朝向等知觉特征的分辨能力能得到提高。在知觉学习中，不需要奖赏或对错误的反馈。在启动条件下，由于曾经见过某个刺激，你对该刺激的识别和检测能力得到改善；而在知觉学习条件下，你对一个刺激的某些特征的分辨更加熟练。比如，某人长期听张学友的歌，对张学友的歌声非常的熟悉，所以，当张学友的一首新歌开始播放时，他一听到歌声，立马分辨出是不是张学友在歌唱。

3.情绪学习

在情绪学习中，杏仁体中的各个核之间的突触，都能够出现长时程增强效应，其突触后膜上的β1和β2受体起着类似NMDA受体和AMPA受体的作用。在实验室中用β受体阻断剂普萘洛尔能够抑制恐惧反应的产生。

外部刺激传来时，分两条通路到达杏仁体。一条是直接的快速通道(低路径)，从刺激源，经过丘脑，直接输入到杏仁体的基底侧核，从刺激的产生到侧核神经元的兴奋只需要12ms的时间；另一条是从丘脑经过大脑皮质，再输入杏仁体基底侧核(高路径)，经测量大约需要花费19ms的时间。这两路信息不仅都输入到杏仁体的基底侧核，而且在动物实验中还发现，两个通道汇聚到位于基底侧核中的同一个神经元中。

这种并行的神经通路的存在以下几个优点：

(1)存在着不经过皮层，而直接输入到杏仁体的通道，可以让杏仁体快速检测到外部环境中存在的威胁，以便作出快速反应。这是动物和人面对危险时获得更多生存机会所必需的。

(2)低路径使杏仁体及早处于预置状态，以对随之而来的，经皮层处理的信息进行评估和整合。例如，听到一个很响的爆炸声，它足够在细胞水平上引起杏仁体的警觉(兴奋)，但是应采取怎么样的动作来应对，还需要听觉皮层传来的信息，包括对外来爆炸声的位置、强度、性质的分析，才能决定如何行动。

(3)刺激信息先传到杏仁体，再通过杏仁体到皮层的直接投射，可以影响大脑的认知系统。如将人的注意转移集中到应对外部威胁上。

经过侧核处理的信息，进一步通过在杏仁体内部的┆，传至基核和副基核，在那儿和输入到杏仁体的其他信息整合，整合后信息传至杏仁体的输出部位——中心核。从侧核也有纤维直接投射到中心核，所以从侧核到中心核的通路也是多样的、并行的。从实验中测量到，外部条件刺激后不到15 ms侧核神经元激活；而中心核要在30～50 ms时才激活。这样的时间延迟，说明在杏仁体的输入和输出之间存在重要的信息处理过程。

从中心核的输出投射到下丘脑、脑干等处，引起身体各部分的应激反应，包括动作、交感系统、副交感系统、激素分泌系统和神经递质分泌系统等。如引起我们僵呆、逃跑、血压升高、应激激素肾上腺系度上升等(图4-8)。其中下丘脑→垂体→肾上腺的通路，常称HPA轴，对儿童在长期压力下的发育影响很大。同样的情况，不同的儿童杏仁体反应的激烈程度不一样，它引起不同系统(包括HPA轴)的反应也不一样。

恐惧的产生是一种完全无意识的状态，刺激信息传到杏仁体有两条路径：低路径和高路径。低路径传递信息迅速而杂乱，高路径传递信息的时间稍长，但传送的信息更多、更准确。例如，房门突然打开，门撞到墙上，感官刺激首先传到丘脑。这个时候，丘脑并不知道接收到的信号意味着危险还是安全，但它可能是危险信号，所以丘脑把这一信息发送给杏仁体。杏仁体收到信号，采取保护你的行动：通知下丘脑做出“迎战还是逃避”反应。如果后来证明真有盗贼闯入，这一反应将救你一命。

低路径更多地带有“本能”的色彩。比如，房门突然打开，你会本能地假定有盗贼闯入，或者是风把门吹开。而高路径更加理性，会考虑所有的选项：撞开门的是盗贼还是风?

你的眼睛和耳朵将门的声音和运动传到丘脑，丘脑将这一信息传到感觉皮质并在那里“破译”。感觉皮质认为，接收到的信息可能有一种以上的解读，于是，将可能的几个选项都发送到海马状突起。海马状突起会提出这样的问题：“我以前经历过这一特别的刺激吗?如果经历过，当时它意味着什么?还有没有其他线索帮我确定，撞开门的是盗贼还是风?”

海马状突起可能会利用从高路径传递过来的其他信息，比如室内外的其他声音，进行综合分析，从而认定门是被风吹开的。它会立即向杏仁体发出“没有危险”的信息。杏仁体再告诉下丘脑关闭“迎战还是逃避”反应。

图4-8　杏仁体情绪学习和行为控制机制模式图

由于外界的刺激信息同时沿低路径和高路径传递，但高路径比低路径花费的时间更长，因此你总是首先产生恐惧，然后才能平静下来。甚至有时候，你完全没有意识到危险的时候，杏仁体就已经做好了准备。科学家通过神经影像学实验：一个带有情绪性表情的脸部照片在屏幕上短暂闪现后，立刻被一幅无表情的脸部照片所代替，受试者会说他仅仅看到一张面无表情的脸。但杏仁体觉察到了，在情绪性照片出现的时候杏仁体的活动增加，而在无表情的照片出现之后立刻恢复正常。由此表明，杏仁体在应对危险刺激比大脑皮质更具敏锐性。为产生“迎战还是逃避”反应，下丘脑激活交感神经系统和肾上腺皮质系统，利用神经路径和血液流动引发身体的反应：身体各部运行速度加快，高度紧张，心跳加速，血压上升，释放出大约30种不同的激素，使身体做好应对威胁的准备(这就是恐惧和紧张的应激反应)。身体做出的这些反应，目的只有一个：帮你作出迎战或是逃跑的决定，从而摆脱危险。

杏仁体作为恐惧记忆的神经中枢，在特殊情况下与司管快乐情绪的前额叶皮质及其他大脑皮质区同时激活，所以我们在经受苦难煎熬的时候也能够体会到其中的快乐。由于大脑的情绪反应，常常使我们在做出抉择的时候，首先带有很大的情绪性。可以这样说，人们做出的首先抉择是我们大脑中的情绪中枢(包括杏仁体和前额叶皮质及其相关大脑皮质区)决定，然后再进行理性思考的。

4.运动技巧

人的一生学会了很多程序性的技巧动作。端着碗、拿着筷子不自觉地往嘴里传送食物；坐上汽车驾驶室，不自觉地做出踩下离合踏板、挂上一挡、松离合踏板至半离合位置、加油、松刹车、完全松开离合踏板等程序性动作，这些动作在你无数次的练习中好像已经不受你的意识控制，完全程序化了，这就是运动的技巧性学习。

前面提到病人H.M.，他已经丧失了陈述性记忆的能力，然而他对着镜子学会了五角星的绘画，虽然，他不知道自己昨天曾经练习过五角星的绘画。由此可以看到运动技巧的存储并不依赖陈述性记忆系统。那△动记忆的存储在什么地方呢?这是现在神经科学家研究的热门课题，要对这个问题缩小范围，应该从运动的学习谈起。

人体神经系统对机体的调节其实就是依赖效应器的活动，而效应器主要是机体的各种肌组织，而骨骼肌效应器的活动，是人类赖以生存的主要技能。捕获食物，向消化系统输送食物，避开凶猛的野兽，与同等动物的搏斗，包括人类自我的残杀，等等，这些生存的技能都要依赖骨骼肌的活动来完成。所以，我们可以在这里进行猜想，既然对于拥有骨骼肌组织的动物来说，都有一套控制其活动的完整神经机制，那么人类同样也不例外。

人体运动学习首先离不开一套完整的感觉系统，此感觉信息包括视觉、听觉、触觉、位置觉、运动觉、振动觉，等等。在进行运动技巧的实施过程中，还需要呼吸、循环、消化、泌尿、内分泌等系统配合。由此我们可以看到，运动的实施，其实是需要整个脑中的许多结构的配合来完成。

人在进行新动作的学习过程中，都有新技巧的建立、形成、巩固和发展的阶段规律。故此运动技能从开始学习到形成熟练技巧，整个过程可分为四个时相：

(1)泛化过程：在学习动作的初期，通过别人的讲解、示范和自己的实践，只能对某一动作技能获得初步感性认识而未能形成完整正确的概念，对该运动技能的内在规律更未完全理解。此时由新的动作所引起的内、外刺激，对机体来说都是新异刺激，当它们通过各种感受器(特别是本体感觉)传到大脑皮层后，引起大脑皮层有关中枢的神经细胞强烈兴奋，因皮层内抑制过程尚未建立起来，所以大脑皮层中的兴奋与抑制都呈现扩散状态，使条件反射暂时联系不稳定，出现泛化现象。具体表现为动作僵硬、不协调、不准确，出现多余动作，能量消耗多而有效动作少，动作时机Ж不准，节奏紊乱。

(2)分化过程：分化指对运动技能在时间上、空间上或动作细节上的区分更加精确。随着学习的深入，大脑皮层中分化抑制逐步发展，大脑皮层运动区的兴奋、抑制过程在时空上的分化都日趋完善，运动技能也逐渐准确、熟练。此时，多余的动作消除了，动作的时机、节奏也逐渐符合要求；又由于第一、第二信号系统的相互作用、动作概念的明确，对各动作环节的意识更加清楚；前后动作连贯准确，基本上学会了动作，初步形成运动动力定型。但还不够稳定，在新异或强烈刺激的干扰下，又易遭到破坏，产生多余动作、不协调，甚至错误动作又会出现。

(3)巩固过程：通过反复练习，运动动力定型趋向巩固，皮层运动区内兴奋与抑制过程不论在空间和时间上都更集中，动作更精确、协调、省力，动作细节也正确无误，某些环节可以在脱离意识控制下完成，即初步形成了自动化，在不利条件下运动形式也不致遭到破坏。植物性神经功能与躯体运动性神经功能的协调配合已成为整个运动技能的组成部分。

(4)自动化过程：随着动作技能的巩固和发展而达到熟练技巧程度时，动作就可以出现自动化现象。所谓自动化，就是在练习某套动作时可以在脱离意识的情况下自动地完成。例如，自行车运动员当骑车技术达到十分熟练时，即自动化时，骑车行进过程完全不需要意识控制，如车把的稳定、重心的移动、踏车动作等，都能下意识的进行调整，注意力可以转移到观看周围情况。又如，篮球运动员运球技术达到自动化后，在比赛时不必花费精力去控制运球，而把节省的精力用在战术配合上。当然，自动化也不是完全脱离大脑皮层支配，当环境变化使自动化受到阻碍时，自动化动作又会变成有意识的。如骑车行进中，突然遇到红灯会使大脑皮层的意识立即加以控制。

从上面我们可以看到，在新动作的开始阶段，需要人体的各种感觉器官，以及大脑感觉皮质区、联合区、运动区，和大脑的思维活动来共同作用。随着动作的不断练习，大脑的作用逐渐减低，干预性越来越弱，乃至后来，当到达自动化时期，大脑在整套连贯动作中只起着启动作用，而动作的程序化进程已经不需要意识的控制。由此我们设想，动作的程序记忆应该储存在大脑运动区及皮质下协同区等与运动调节的有关部位。这些部位包括小脑、纹状体、间脑及脑干中的红核、黑质、网状结构等，对这些部位的损伤都会出现稳定新动作建立的困难的现象，就是有力的佐证。当然，具体储存的部位，开关位置在何处，科学家们还在继续研究。我们可以对运动学习的整个流程构想一种模型(图4-9)。

5.习惯学习

我们在长期的生活学习中往往不自觉地养成了许多行为习惯，比如，吃饭的时候你习惯跷着二郎腿，有早起的习惯，等等。而以学习为主、经过反复行动的结果而形成的固定的行为方式就称为习惯。与动物身上诸如行走、本能等属于遗传的、先天的、由种所决定的行为方式不同，习惯是后天获得的。习惯是在一定条件下经常地完成某种行动的需要而养成的。例如，为了培养孩子讲卫生的习惯，让其养成吃饭之前洗手的习惯。习惯使人遵循着一定方式行动，它在培养积极的个性品质中有重要作用。

习惯与运动技能虽然都是人在生活实践过程中由于多次重复学习而逐步形成的，但习惯与运动技能不同，习惯是驱使人去完成某种行动目的或需要而实现的行为。作为习惯，某种需要一经形成就比较稳定。技能则不同，它本身并不是一种需要，而是实现与需要相适应的某种目的而采取一种动作方式或手段。例如，成人都有洗澡的技能，但未必人人都有天天洗澡的习惯。技能一般都是在有意识、有目的、有组织的练习过程中形成的。虽然有些习惯是在有意识、有目的、有组织的练习过程中形成的，但不少习惯却是在无意中由于多次重复某种行动而形成的，如某种走路姿势，讲话的口头禅等。习惯具有社会意义，有良好习惯和不良习惯之分。守劳动纪律、讲究个人卫生是良好的习惯；而打人、骂人以及随地吐痰等则是不良习惯。习惯对人的生活、学习和工作都有很大的影响，因此要自觉地养成良好的习惯，善于与不良习惯进行斗争。

图4-9　运动学习的机制模型

6.分类学习

我们看见一件东西的时候，会根据其形状、性质来进行归类。对物体的分类，其中很大一部分是来自于陈述性记忆，它对我们认识世界，提供了很大的便利，比如，中药的形状虽然千差万别，但是根据其作用，把田七、党参、车前子都归为补益类中药类。这些有赖于陈述性记忆，不过有人对遗忘症病人进行研究，发现某些分类学习的记忆存储，并不依赖陈述性记忆。斯奎尔等人发现，遗忘症病人在研究一列清单后，能与正常受试者一样成功地提取和保留关于清单内容的分类信息。

对于记忆，至此，我们谈论了很多，在这里有必要进行总结：

(1)记忆分为陈述性和非陈述性，前者我们可以通过回忆的方式进行提取，而后者无需意识，在实际的操作过程中自动体现。

(2)陈述性记忆和非陈述性记忆存储的部位不同，陈述性记忆依赖于海马体结构，而非陈述性记忆不依赖于海马体结构。

(3)陈述性记忆在海马体的联系中，如果经常反复的提取，其存储部位之间会在1～2年后建立起相互间的连结，此时无需海马结构而形成牢固的永久记忆。

(4)非陈述性记忆一旦建立，就是长时记忆，甚至伴随终身，很难遗忘。

(5)陈述性记忆的提取，并非原有刺激的清晰再现，而往往是模糊的，这是因为陈述性记忆存储在大脑的感知区，感知区形成的知觉是对初级感觉区传来的大量信息整合的结果。

(6)陈述性记忆是会被遗忘的，虽然建立了牢固的连结，但是如果不提取或没有刺激的再现和启动，神经回路中的突触还是会被修饰和脱落减少，直至神经回路的断裂而导致记忆遗失。