當記憶一件事情時，一遍又一遍地重復，能加強對事件和單詞的回憶。然而記憶形成的神經機制長期以來依舊是個謎。科學家使用功能磁共振成像儀（fMRI）分析了大腦活動圖像，結果發現，通過多次學習記住一張面孔或一個單詞，與忘掉它相比，其神經活動在多個腦區顯示出更大的相似性。《科學》雜誌近日發表的一項研究表明，多次激活同樣的神經連接方式能將事物印在記憶裏。這與心理學家40年前提出的編碼變異假說(Encoding variability hypothesis)結合，能使人們更好地理解記憶的形成機制。
既存在又不存在的記憶
記憶是多種不同事物的集合，可以是微妙的感覺、具體的影像、連貫不連貫的事件過程；也可以是抽象的概念和邏輯。不論哪種記憶，都是大腦神經網路中的一組神經元被激發，形成某種特定的連通回路。大腦儲存的方式是把事情分拆為最基本的單元，每個單元分別由指定的神經元儲存。
完整的記憶只有在被提取時才形成，它既存在又不存在。我們無法在大腦中找到記憶圖像，它只是百億個神經元的組合。不同的記憶素材通過編碼，儲存在不同的腦區，提取的方式也不同，需要幾十個不同的腦區共同合作，才能形成或再現。
短暫記憶靠神經傳導素增強神經元之間的資訊傳遞形成，只能保留幾分鐘；而長期記憶能保存許多天甚至多年。不斷重復能使短暫記憶轉變為長期記憶。通過不斷重復，大腦中的化學信號係統會把一種特殊蛋白質推入神經元的核心，並且在那裏啟動遺傳基因合成蛋白質，神經元因此有了基本的改變，增加新的觸突，創造新的連接網路。結果是大腦有了結構性的改變，這就是長期記憶的建立。
多樣化刺激形成記憶
與某事件相關的素材以適當的間隔重復出現，而不是一次性出現，回憶這件事情會更加容易。比如，在幾天內多次、短時間看到同一張臉，就比在一天內長時間對著這張臉更容易記住。這就是心理學家40年前提出過一種編碼變異假說。
其中一個原因就是，多背景的聯繫能從多途徑提取記憶：這張臉與多種不同的背景聯繫起來，比如學校、工作場所和家庭相對于舞會等單純的一種背景，更容易讓人想起。每種不同的背景或環境，能激活大腦的不同功能區。這一假說認為，不同的神經反應能提高記憶。
但是得克薩斯州立大學認知神經科學家拉塞爾‧博德裏克(Russell Poldrack)領導的一項神經影像研究提出，反過來也是對的，即用同一種背景多次激活同樣的神經連接方式，事物能被更好地記憶下來。
重復性刺激形成記憶
博德裏克的研究小組用功能磁共振成像檢測了24個受試者的大腦活動。他們讓受試者看120張不熟悉的面孔，每張臉以不同的間隔重復4次，用fMRI 掃描記錄大腦在整個過程中的活動圖像。一小時後，把這些面孔和120張新面孔混合起來，再讓他們看，並詢問受試者對每張臉的熟悉程度。
研究人員查看了記錄下來的大腦反應，當受試者第一次看到某張臉時，神經活動集中在與視覺感知和記憶有關的20個腦區。後來，當要再次識別面孔時，每次都在其中9個腦區產生相似的神經活動方式，尤其是與目標認知相關的區域。如果面孔被忘記，則不能形成同樣的神經活動方式。
在另一次獨立實驗中，研究小組給受試者聽180個單詞，每個重復3次，同時用fMRI掃描記錄大腦活動。6小時之後，對受試者進行的兩次記憶測試表明，當被記住的單詞重復時，在這20個腦區中，有15個引起了相似的神經活動。
研究人員認為，試驗結果解釋了記憶研究領域長期存在的一項爭論，即通過刺激，同樣的神經連接重新激活時，就會形成一幕記憶。記憶完成的精確與否，取決于不同腦區活動方式重連得是否精確，而不是更多的連接方式。
耶魯大學的認知神經學家Marvin Chun認為，這一結果並沒有否定編碼變異假說，因為博德裏克研究小組的實驗環境與編碼變異假說完全不同。如果要直接檢驗假說，應當設置另一種環境。
英國劍橋大學認知與腦科學部醫學研究理事會(MRC Cognition and Brain Sciences Unit)的裏克‧漢森(Rik Henson)認為，當多次受到同一目標衝擊時，更吸引人的單詞或面孔更容易再度引發大腦形成同樣的連接方式，也更容易形成記憶。這種影響能解釋實驗結果而無需推翻編碼變異假說。
為了分析這種情況，還須進一步分析受試者對單個目標的大腦反應。博德裏克說，我們把這些神經影像數據綜合起來，有助于更好地理解編碼變異理論。也許情況正相吻合，編碼變異假說跟我們的實驗結果並不違背。
科技日報 2010/09/15 常麗君
相關連結：
- Why some memories stick: Repetitive neural responses may enhance recall of faces and words. (Nature)
- 生物：熟能生巧的秘密？
- Yale Visual Cognitive Neuroscience Laboratory
- Poldrack Lab( University of Texas at Austin)
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