实用化脑研究

                      ---- 记忆与失忆

                          都世民

                            一.引言

记忆与失忆是同一问题的正反两个方面。失忆又包含因脑损伤导致失去记忆。另外老年人因脑疾病导致痴呆症。这也是失去记忆。还有婴儿期失忆等多种含义。与此相反，如何增强记忆，进行脑开发，这也是实用化脑研究范畴。如今科研人员针对这些问题提出解决方法，例如用音乐治疗痴呆症等。【1】本文针对这些问题作一些讨论。

                      二.记忆与脑信息存储

记忆术的英语是mnemonics，这个单词来自希腊语mnemon，意思是“不忘的”。它来源于希腊记忆女神的名字Mnemosyne。

大约公元前6世纪到公元前5世纪。佛陀说教最初是口传，为便于记忆，采取偈颂的形式。佛陀入灭后不久，以摩诃迦叶为首的五百弟子在王舍城外的七叶窟，将佛所说的言教结集起来，以传后世。当时对由阿难诵出佛所说的经，由优波离诵出佛所制的僧团戒律，由摩诃迦叶诵出后又补充结集，关于教理和研究的论著，即经，律，论三藏。佛经传入我国，是高僧们全凭记忆整理而成。

在古希腊时代，确实有那么一些人也以令人惊叹的记忆，给我们留下了深刻的印象。他们能以顺序、倒序或任意顺序记住成百上千件事物：日期与数字、名字与面孔，并能表演特殊的记忆技能，诸如完整地记住某个领域的全部知识，或者记住任意排序的整副扑克牌。

记忆与脑信息存储是紧密相关的。对这个问题至今是有争议的。为什么这样说？有一种观点认为：要想弄清关于记忆的诸多问题，首先得弄清“记忆是如何形成的”？

关于记忆的形成，加拿大心理学家唐纳德。赫布(1904-1985)的理论影响非常深远。早在1949年，他就提出了一个关于记忆形成的简单法则一一记忆的形成主要与大脑皮层的神经元相关。他认为，神经元会对人们遇到的事物进行编码，那些在同一时间出现的事物将分别刺激某一神经元，而同时被激发的这几个神经元之间，将共同组成一个特定的细胞回路，这个细胞回路就是一段记忆。英国莱斯特大学一支研究小组探测到人们大脑记忆归档经历事件所激活的神经细胞。研究报告聚焦于大脑内侧颞叶的神经细胞，内侧颞叶与“事件记忆”密切相关。通常内侧颞叶负责大脑自觉回忆体验事件和场景情节。【2】

美国麻省理工学院的神经科学家发现，大脑中的两个神经回路可控制时间关联事件记忆的形成，是大脑记忆机制研究方面的重大进展.人类的大脑很难记住日常琐碎的、司空见惯的小事，但对于有意义的次序事件的记忆却会十分清晰。时间关联事件记忆对人类生存具有十分重要的意义，对事件的记忆又称为情景记忆，是指对特定时间、地点、经历的事情和经验的记忆(时空背景标记)。海马是情景记忆的重要脑部结构，除了要协调时间、地点和事件三要素外，还需要联通内嗅皮层。内嗅皮层有很多层，可从大脑感觉处理区接受诸如景色和声音等感觉信息，并将感觉信息传到海马。[3]

文[4]中指出：记忆存储在神经元或细胞层面。记忆不仅与树突棘相关，更与外部刺激状态有关。记忆具有动态属性，神经元和记忆都是可塑的。神经元不能传输外来信息，颅内神经元群之间的信息交换只能以电波为媒介。海马神经元组织是记忆的核心区域。信息组合方式构成各脑区信息储存的自然分类，即目前公认的皮层功能区。按目前大脑皮层52区的分类方法，意味着每个神经核均可在皮层找到对应类型信息储存。一个生命个体在其漫长的一生中，需要储存的信息量是一个无法想象的海量信息库。因此，神经元以其自身的可塑性消解了储存容量的稀缺性。记忆信息的可塑性在生物学意义就是神经元树突树棘的可塑性，就是突触的可塑性。对于突触的作用机制，目前有多种假说，如突触修饰说、突触传导说、突触与记忆关系说等。

笔者认为：文[4]的说法与英国Buzan,T.【5】看法有共同点，但是有不同点，认为信息传输载体是电波不是电流。这需要证明人体有电磁波存在。

这些说法都是认为脑信息存储在微纳层面形成记忆，不是存储在宏观层面形成记忆。

文[5]中指出：早先教科书都认为记忆是相邻的脑细胞通过突触传递信息，形成记忆。释放化学物质传递信息，形成记忆。因此认为记忆存储在突触中。后来推翻了这一说法，认为存储在脑细胞内。戴维.格兰茨曼通过海兔试验，利用电刺激法形成新突触，然后转移神经元到培养皿中，再用化学法触发此记忆，再用药物普萘洛尔清除记忆相关的突触，48小时后记忆恢复，因此认为记忆不是完全存储在突触中，而是记忆通过表观遗传修饰编码在细胞的DNA中，也有人认为是存储在细胞层面的生化反应的痕迹中。也有专家认为药物不能完全清除记忆，记忆的固化过程不稳定的缘故。

很明显，如果真的确认记忆存储在细胞内，治疗阿尔茨海默症就可“对症下药”。实际上，这种看法也不能定论。

从佛学的角度看，第六感官“意”如果失灵，“心”还存在，如果“心”在烦恼之中，掩盖了真心，找不到自我，就成为痴呆。只有静心、专注,才有可能找到自我。音乐的优美旋律是有可能唤醒自我的。

文[6]中指出：在我们的大脑中存在着一个数据管理系统，它与世界上速度最快的超级计算机的分析和存储能力相形见绌。人类的大脑具有无限潜能，通过科学的使用方法，学习者可以达到从未到达的学习效率和记忆效率，开启人类大脑的无限可能。大脑的思维结构可以被看成一个巨大的分支联想机器( BAM)——台超级生物计算机。文[6]的作者认为人脑神经元总量是万亿，如果再考虑神经元之间的收发信息，形成的信息库是无穷大。笔者先前讨论的神经元总量问题在国内外学术界是没有统一说法，尽管有计算方法，如何验证这个总量是个难题！记忆与神经元总量相关联。记忆如果不存储在微观层面，就不与神经元总量相关联。

与上述观点相反，另一种观点认为:脑信息存储是在宏观层面，不是在细胞和细胞回路之间。文[7]中指出：视觉、推理和记忆被理解为较高级的功能。复杂系统探究方式是一种系统效应，不可能还原到单个神经元的层面上。该文作者是德国专家，他认为：神经元的信息输入由特定的突触所接收，信息输出由特定的输出线所发送，这种输出线叫作轴突。神经元的树突可以接收来自数十个到数千个其他神经元发送来的信号。神经元信号的活性是用它的发送频率来度量。神经元被看成一个复杂的电化学装置，其中包含有连续的内部膜电位。如果膜电位超过了一定的阈值，神经元就会传送一个数字动作电位给其他的神经元。在细胞体中会产生神经冲动效应，并沿着轴突传导，具有一个或多个分支。但是记忆是高级功能，不是电生化装置所能完成。

文[8]中指出：在人的大脑中，主管感觉区学习的区域和主管运动区学习的区域不是直接相连的，所以各自的回路会在不同的经验刺激下得到发展。所以，倘若过去的经验大多是通过感觉区学习了解到的，或者大多是通过运动区学习了解到的，两种回路就不能获得均衡的发展。要想使感觉区和运动区相互交流，输出是必不可少的。输入感觉区回路的信息通过运动区回路向外输出一次后，再重新输入感觉区回路。只有建立了这种循环，感觉区和运动区才能共享相同的信息，这和人的记忆的结构有着共通之处。人的大脑是不能原原本本地保存输入的信息的，因为人的大脑的容量是有限的。进入人的大脑中的东西虽然都是一些信息片段，可是通过附加一些“行动”和“感受’，这些信息能慢慢地被整理、编辑、抽象化。被抽象化的信息变得能适用于其他行动的时候，你就会获得有用的经验。该文作者认为大脑容量是有限不是无限。他也是将记忆的形成看成在宏观层面。

记忆与回忆是每个人都能感受的问题，为什么会有不同的看法，却不能统一？人与人之间在记忆方面的差异也是明显的，每个人在不同年龄段的记忆能力也是不同的。如何进行开发式和实用化研究，既对学习和工作有利，同时对预防脑疾病也很有必要。                                                                                      

                三.音乐治疗老年痴呆症

1.“老年性痴呆”

“老年性痴呆”已逐渐引起人们的重视。老年性痴呆（dementia）是我国常用的一种说法，在国际上通用的名称是阿尔茨海默病(AD)。阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病，临床上以记忆障碍、失语、失用、失认、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆表现为特征，病因迄今未明。65岁以前发病者，称早老性痴呆；65岁以后发病者称老年性痴呆。（见百度词条）

在所有痴呆病例中的比例超过60%，多次中风也可能导致血管性痴呆（vascular dementia，痴呆症中的—种）。

在所有的神经障碍中，最让人恐惧的莫过于痴呆,这是老年人中最常见的疾病之一。据估计，全世界有440万人患有痴呆，这个数字到2050年或达1 350万人。表现为以记忆损害首发的认知功能障碍、日常生活自理能力下降及精神行为异常。我国65岁以上老年人，老年性痴呆患病率为5.9%。可是有人却预计：我国老年性痴呆患者到2020年将达到1020万。是老年人的第四大“健康杀手”。

目前，由于全世界对于老年痴呆的研究还存在许多盲区，迄今病因未明，究竟什么方式对症治疗，还有待科学家的进一步研究。

记忆减退不等于老年痴呆,临床早期的老年性痴呆患者并无明显症状，在轻度认知损害( MCI) 期,则会出现记忆力和思维改变，到了晚期就会影响日常活动和功能。痴呆并非正常衰老的一部分，不是说老了就一定患老年痴呆。

老年性痴呆可能是一组异质性疾病，在多种因素（包括生物和社会心理因素）的作用下才发病。从目前研究来看，该病的可能因素和假说多达30余种，如家族史、女性、头部外伤、低教育水平、甲状腺病、母育龄过高或过低、病毒感染等。由于病因未明，治疗方案难以制定，摸着石头过河。（见百度词条）

2.改善“老年性痴呆”的有关报道

1）美媒称，想要降低阿尔茨海默氏症早期症状的发病风险，可以试试学一门外语。

比利时根特大学科研小组的发现：双语人群比只说一种语言的人，出现阿尔茨海默氏症症状的发病时间会推迟四五年。

2）英国研究人员称，经常上网、交朋友、可以减少老年痴呆发病率。研究人员分析后认为：会上网、跟亲友来往、看戏、看电影的人健康识能状况较佳。而且参与的活动越多，状况越好。

3）据英国《每日邮报》网站报道，研究发现，高脂肪饮食会推迟像听力受损和体重减轻这样的衰老迹象，并阻止脑部衰老，可能会避免患上阿尔茨海默症和帕金森症。

4）英国科学家还发现，阿尔兹海默症和精神分裂症与大脑一片特定区域有关。

5）发现了一个规律：大脑发育最晚的部分也最早出现与年龄相关的退化症状。

这些报道是通过对比人群进行定性分析研究，试图找到“老年性痴呆”的病因和缓解途经。

文[1]中提出一种新方法：即用音乐治疗“老年性痴呆”。文中举出一个实例，一位89岁老妇人，来自新罕布什尔，她患有严重且不可逆的痴呆症，由女儿在家看护，女儿将她的情况向汤普森的试验室作了说明。白天，她通常只是一直坐着，低垂着头，没有任何反应。她既不能讲话，也不能走路，还有大小便失禁的问题。—旦她女儿开始唱歌，她就好像变了一个人，她的手在腿上敲击，脸上有微笑，甚至开怀大笑。她格外喜爱圣诞歌曲，甚至会唱出一两个词语。

                  四.痴呆老妇人为何情有独钟？

1）2009年，加拿大谢布鲁克大学的心理学家利斯.加尼翁( Lise Gagnon）开展了一项研究，让12名阿尔茨海默病患者与11名正常人判断多段音乐的情感内涵。结果表明，尽管阿尔茨海默病患者在其他方面的判断有着严重的偏差，对音乐情感内涵的判断却与正常人一样精准。

2）还有一些研究表明，在一生中持续从事音乐活动，是有助于保持年轻心态，甚至可以降低患上痴呆的风险。

3）音乐可能是刺激痴呆症病人的记忆、保持自我感知的最佳选择。因为音乐能够激活大脑多个区域的神经回路。让大脑负责感觉、运动的区域，以及掌管情绪和奖励的神经系统持续活动，可以防止神经元与突触的损失。

4）每个痴呆症患者接受的治疗可能不尽相同，从接受性的（聆听）到主动性的（舞蹈、唱歌、击掌）都有。音乐治疗的效果也不尽相同，而且这种效果通常都是短期的。一旦治疗真的起了作用，就能缓解患者的焦虑和不安，避免精神恍惚或言语失控等情况的出现。

5）音乐可以唤醒自我，神经受损的人可能会感觉与自我失去联系，但音乐却可以唤醒其记忆，帮助患者获得自我认同感。

6）音乐可以改变神经系统中化学物质的分布，从而改善患者情绪状态，使大脑觉醒，加快大脑的变化速度，使大脑尽快康复。

7）音乐让人专注,音乐可以引人入胜，集中注意力，使患者有充沛精力、热情于专注度并参与其中。

以上解释音乐治疗“老年性痴呆”的机理，大都是在宏观层面引起的变化，尚无定量分析及微观层面的检测，但是从音乐治疗脑中风病人的机理研究，可以看出微观层面的变化机理。

              五.音乐治疗脑中风病人的机理研究

20世纪70年代，神经科学家马丁，阿尔伯特(Martin Albert)与言语病理学家罗伯特，斯帕克斯( Robert Sparks)和南希·赫尔姆( Nancy Helm)利用音乐旋律治疗脑中风。

在治疗过程中，患者用简单的旋律唱出一些单词或短语，同时用左手敲击出音节。旋律通常只包含两个音符。随着治疗的深入，练习的短语也变得越来越长，发声的频率越来越快。这些治疗的每个细节都是为了更好地利用大脑中未受损的区域。声音音调的缓慢变化是为了让右脑中与知觉相关的区域参与进来，右脑可以处理时间间隔较长的感觉信息，因而对缓慢改变的声音更为敏感；用左手打节奏是为了激发右脑中的神经网络，控制身体随着发声器官而运动。

只需要一次这样的治疗，患者就能感受到明显的效果，如果坚持数月高强度治疗，还能长期受益。患者的神经回路会发生改变，大脑中会逐渐产生替代的神经回路，或是让原本发育不完全的回路得到增强。从结果来看，对于严重失语的患者来说，唱歌可以训练他们右脑中的结构和连接，让它们永久地承担原本由左脑处理的任务。

在2014年9月发表的一项研究中，本文作者施劳格和同事茌贝丝·以色列·迪肯尼斯医疗中心和哈佛大学医学院开展了一项对照试验，1 1位患者接受了旋律声调疗法，另9 位患者没有接受治疗。结果显示，接受治疗的患者在回答问题时，将正确单词串联在—起的次数超过了未接受治疗患者的两倍。该团队还在患者发声时，用磁共振成像（MRI）分析了患者右脑的神经活动，结果发现脑的结构产生变化。施劳格现在正进行一组新的试验，试图比较旋律声调疗法与其他疗法在失语症患者中的效果。

              六.婴儿“失忆”（infantile amnesia)[9]

婴儿“失忆”是一个多世纪以来，科技工作者们研究的热点和难题。有的专家认为是婴儿早期经历受限；也有专家认为是缺少编码记忆所需要的认知、语言和心理禀赋。

加拿大的两位儿科专家却不同意这些看法，却认为婴儿期新生神经元增长速率快，这导致从大脑调出信息的存储记忆受限。从小鼠的试验中也发现海马区神经元生长速率快，这是负责记忆的区域。当控制小鼠神经元增长速率后，其记忆增强。在加快成年小鼠海马区神经元生长速率后，其记忆力会减退。由此弗兰克兰和乔斯林推断，婴儿期神经元增长速率快扰乱了海马区记忆的脑回路。另外，婴儿期前额页皮层未发育好，也是导致失忆的原因。在成年后，神经元增长速率与记忆存储达到平衡。这种平衡包含记忆存储中排除不必要记忆的琐碎事。

如果上述推论成立，人到老年时，神经元增长速率会减慢，记忆存储应该增强，可是老年人普遍感到记忆力下降。对婴儿的“失忆”的分析没有量的确切数据，是感性认识。仍然是将信息存储设定为神经元层面，这些解释互相矛盾，无法定论。

                   七.记忆的时空概念

提出记忆时空概念是基于以下因素：

1.记忆是存储在微纳层面还是存储在宏观层面，这意味空间的不同，如果将时间概念引入小宇宙，当光波进入视觉感官，产生信息，在细胞层面，由一个细胞传输到另一细胞的距离所需的时间，已趋近于零，如何界定？在宏观层面，两眼产生的信息有相位差、幅度差，可以分析和检测。两个时间差非常大！

2.记忆有短期记忆和长期记忆的差别，这是信息存储的时长。在空间上有没有差异？

3.脑中风病人，失语和记忆损失，通过音乐旋律和节奏治疗病症，展现了另一脑区神经回路被激活，形成互补，在大脑结构和功能上产生变异，说明记忆有时空变化。

4.记忆有不同的信息，来自六个感官，存储在不同脑区，由信息产生到存储，无论时间和空间都可能不一样。而且存储的信息类型和时间也与感官适应外界环境多因素有关。

5.学习形成的记忆包含背诵和理解、联想等形成的记忆，理解形成的记忆比死记硬背形成的记忆保存时间长。

6.通过感官感受突发事件比平常事件形成的记忆存储时间要长。从感官感受的喜怒哀乐、酸甜苦棘形成的记忆，在时空方面也是不同的。

7.人从出生到离世，记忆的各种属性也是不同的。婴儿失忆和老年记忆力衰退的差异。成人的记忆比孩童时的记忆有思维和联想的差异。但创造潜力，在孩童时反而比成人时要强。【6】

8.记忆一副杂乱排序的扑克牌，所需时间有相当大差异。是记忆方法还是脑结构差异形成的？

9.“触景生情”、“老友重逢”、“老照片”等会将丢失的记忆找回来。产生这一状况的机理与记忆的时空概念有关。

记忆的时空概念表明记忆不是单纯的生化概念能揭示其本质。是跨时空的链接。在数学上，具有坐标变换的运算。信息在不同层面的链接，用什么数学表达式来描述，记忆用什么物理量来表证？仍有待进一步研究。

                     八.找回家的路

找回家的路与记忆存储紧密相关，动物和人在找回家路的问题上有多种说法：

1.将细胞分类对应家这一目标的定位方式，这就是2014年诺奖得主莫泽夫妇定义了位置细胞、角度细胞、速度细胞概念，还附加一个小GPS导航系统最终定位；【10、11】

2.认为大脑中存在一个虚拟地图，是这个地图导航。它是人体感官形成的信息存储，得到的记忆图；

3.认为人体有磁性物质，受地磁影响，形成“虚拟指南针”，决定了方向；

4.认为人体内某种蛋白质受地磁影响而取向；

5.认为大脑形成的记忆是借助地面固定的参照物决定道路和家的位置。

6.认为动物身上有某种传感器，可以感受离家以后环境的变化，存储在脑中。

诸如此类的说法颇多，这之间的差异在于记忆过程有没有思维存在，也就是有无较高级的功能的存在。这高级功能怎么形成？受什么控制？文【4、10、11】都是基于人和动物体内有电磁波存在，笔者至今仍未发现有电磁波存在。电波与电流传输信息是有很大不同的。必须加以区分。另外这些说法没有考虑记忆信息存储的时空差异，生物学家喜欢从细胞、神经元、基因等元素来解释人的记忆、思维，可是人毕竟不是这些元素构成的生化装置，如果加上离子通道，将生化装置改成电生化装置，显然是不合理的！

               九. 信息与血液 血液与能量

从音乐治疗脑中风的机理分析中，笔者感到中风病人因血管堵塞，血液不畅，导致左脑负责记忆的神经回路不能工作，音乐沟通了右脑神经回路。这表明记忆与血液有关联，被研究者忽略。

自从认识到人脑计算与传统的数字计算机相比是完全不同的方式开始，关于人工神经网络，一般称为“神经网络”(neural network）的研究工作就开始了。人脑是一个高度复杂的、非线性的和并行的计算机器（信息处理系统）。人脑能够组织它的组成成分，即神经元，以比今天已有的最快的计算机，还要快许多倍的速度进行特定的计算（如模式识别、感知和发动机控制）。例如，考虑人类视觉，这是一个信息处理任务。视觉系统的功能是为我们提供一个关于周围环境的表示，并且更重要的是提供我们与环境交互(interact)所需的信息。具体来说，完成一个感知识别任务（例如识别一张被嵌入陌生场景的熟悉的脸）人脑大概需要100～z00毫秒，而一台高效的计算机却要花费比人脑多很多的时间才能完成一个相对简单的任务。【12】

人脑与电脑的不同已被科研人员所关注，这一段论述只注重神经网络和信息处理等问题，很难见到有人关注人脑与电脑的根本区别：人脑有血液循环系统供给能量，一旦大脑血流堵塞，就会不醒人事。而电脑必须供电，没有电的电脑是废铁！电脑不需要血液循环就可以运行。

为什么没有这方面讨论？近年来，有关人体内有电池，如耳内有电池的报道，其它地方有没有“电池”？心脏与能源，能源与电流存在什么样的关联？如果我们只关注神经网络、神经元、基因，忽略血液、能源、电源，怎么能搞清信息的存储？基因检测只能是静态血液样本，必然会丢失信息，认为信息存储在基因内，用什么方法证明？生物学家在解读人体认知，离不开细胞、神经元、基因、神经回路等元素，却忽略了血液、能源、电源，他们忽略了离子通道的电流来自什么电源。按现在的说法这是跨学科问题。

近些年来，兴起的复杂系统建模的研究很受重视，是一种新趋势，在小宇宙探索中确实需要更新观念，从多学科、多视角、多方法、多层面揭示小宇宙真面目。实用化研究可能被看成非学术性、非定量研究，仔细思考这一思路还是必要的。需要更加深入的研究。【13】

总之，实用化脑研究可以从加强记忆、提高学习和工作效率出发，也可从治疗脑疾病出发来探索其机理。实际上这些研究也脱离了单纯的生物学研究。这对人类是有益处的。有关增强记忆的研究，将在以后的博客中它讨论。

                               参考资料

[1]听音乐，重建大脑回路,撰文威廉姆，福德，汤普森（William Forde Thompson）  戈戈特弗里德，施劳格（Gottfried Schlaug）,《环球科学》2016年1月，p82-87。

[2]人类首次精确发现大脑记忆形成原理,腾讯科技，http://www.yunzhitai.com/diccovery/being/。

[3]美神经科学家揭开大脑记忆时间关联事件机理，来源：中新网，2014年02月11日　。

[4]钟振余(宁波大学)，记忆信息与大脑神经元固有频率的关联性， 来自科学网，2016-1-25，本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-1724380-952482.html  此文来自科学网钟振余博客。

[5]罗文.雅克布森Romi Jacobson，译者马骁骁，大脑把记忆存在哪，环球科学，2015年5月。

[6]启动大脑,[英]博赞( Buzan,T.)著；卜煜婷译，一北京：化学工业出版社，2015.1

书名原文：   Use Your Head。

[7].复杂性思维---物质、精神和人类的计算动力学，[德]克劳斯，迈因策尔  著

曾国屏 苏俊斌译，上海辞书出版社，2013.12。

[8]大脑活用工作术，著 者：[日]茂木健一郎,译者：千太阳，出版发行：中信出版集团股份有限公司北京：2012年4月第1版。

[9]安妮.斯尼德（Annie Sneed），婴儿为什么会“失忆”，环球科学，2014年9月，译者张哲。

[10]第五对诺奖夫妇，作者艾莉森.阿博特（A1ison Abbott），译者汪梅子，来源：环球科学，2014年12期。

[11].杨先碧，“大脑中的GPS-指引我们找到回家的路”，大自然探索，四川科学技术出版社主办，2015年第1期，52-57。

[12]神经网络与机器学习（原书第3 版）／（加）海金(Haykin，s)著；申富饶等译。一北京：机械工业出版社，2011.1( 2014.6重印）。

[13]复杂系统基于Agent的建模与仿真／廖守亿，王仕成，张金生著．一北京：国防工业出版社，2015.2。