3 神奇的记忆——用“脑”思考

在日常学习和生活中，人们常说“用心思考”“心想事成”“心有灵犀”“全心全意”，心脏真的会思考问题吗？为什么在长时间学习后，我们会感到大脑疲劳、头晕头疼呢？思考的核心器官是心还是脑？

古人发现，思维和生命活动的外在表现会随着心脏跳动的停止而消失，所以认为，心脏控制着头脑。事实上，心脏是连接动、静脉的枢纽和心血管系统的“动力泵”，推动血液的循环流动。而学习与记忆作为人们一切认知活动的基础，则是通过脑实现的。人脑重量约为1 400克（3.5磅），由140亿个神经细胞组成，是宇宙中已知的最为复杂的组织结构。人类的大脑是在长期进化过程中发展起来的思维和意识的器官。

人类有着惊人的记忆力，全是大脑的功劳。记忆活动使人能够制订计划，把思想和观念进行逻辑思维，将感觉到的信息加以分析和综合，以揭示不能直接感知到的事物的本质和运动规律。记忆是人脑对经历过事物的识记、保持、再现或再认，它是进行思维、想象等高级心理活动的基础。人类记忆与大脑海马结构、大脑内部的化学成分变化息息相关。人脑约有1 000亿个神经元，神经元之间约有上万亿的突触连接，形成了迷宫般的网络连接（见图1）。每个神经元包含有数百万的蛋白质，执行不同的功能。确切地说，是各种蛋白质之间的相互作用形成了复杂的脑网络，短期记忆与神经元的活动及联系有关，长期记忆则可能与新突触的建立有关。德国波鸿鲁尔大学的尔翰·根克（Erhan Genc）教授的团队发现，聪明人的大脑神经元连接更加高效、简洁，思考问题时消耗的能量更少。也就是说，越是聪明的人，大脑工作效率越高，处理同一件任务的耗能越低，更不容易触发大脑的负反馈机制（感到疲惫），因此可以支持更高的工作记忆，完成更多线程的任务，具有更长久的专注力。

20世纪70年代，布里斯等人在一项实验中给予大鼠前穿质通路短暂而高频的电脉冲刺激，发现这条通路上的突触传递效率出现维持数小时的显著增强；对于清醒、活动自由的动物，如果重复地用高频电脉冲刺激其前穿质通路，这种增强可以维持数天甚至数周。上述现象被称为长时程增强（long-term potentiation, LTP）。LTP本身就具有记忆过程的特点，不仅可在海马的三突触回路上被快速地诱导形成，而且能够长时间维持稳定。应用先进的科学技术,比如磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）可以计算大脑工作时含氧血红素和脱氧血红素的差异，正电子发射断层显像（positron emission tomography, PET）能够直接观察葡萄糖的代谢：红色区块代表在工作，蓝绿色表示没有工作。短时记忆很容易被遗忘，对于擦肩而过的路人，他们的模样在我们脑海中也仅仅留存数十秒；而长时记忆则可以保存数月、数年，甚至终生。那么短时记忆是如何向长时记忆转化的呢？目前的结论是，长时记忆形成的最初阶段只涉及现有突触蛋白的快速修饰；与此同时，新的基因转录和蛋白质合成被启动，将突触传递的暂时性变化转化为更持久的结构性变化，从而表现出晚期LTP，形成长时记忆。

由此可见，LTP是突触水平上的学习记忆模式，动物记忆力强弱与LTP的增强程度有明显相关性。我们学习的内容首先表征为脑电活动，继而表征为现有突触蛋白的修饰，从而产生短时记忆；神经元基因转录和新的蛋白质合成使得现有的突触连接得到加强，并构建全新的突触，使突触传递的暂时性变化转化为突触结构的持久性变化，最终形成长时记忆。

在神经化学方面，人们从神经递质系统、受体的可塑性、离子通道的变化、神经元的蛋白质合成等众多环节探讨记忆的化学机理。比如，胆碱能神经通路在记忆中的胆碱能皮层投射系统的损毁会导致认知障碍，临床使用抗胆碱能神经的药物可引起注意力下降和记忆力减退，甚至引起记忆力丧失导致遗忘症。此外，去甲肾上腺素、5-羟色胺等单胺类递质对学习记忆的调节作用也不容忽视。长时间觉醒学习需要消耗大量的神经递质，而神经递质的合成和释放需要时间和能量，因此适当的学习时间间隔和休息睡眠有助于学习效率的提高。

脑占人体重量的2%，但消耗的能量占比高达20%～25%，能量供给形式主要是葡萄糖，所以人脑有“嗜糖”的爱好。如果说心脏是“动力机器”，那么脑就是“指挥官”。因此脑健康特别重要，必须要有充足的血液，脑才能顺利地下达“指令”，我们才能正确地完成一系列的生命活动。大脑正常运转消耗的能量足以为40瓦的电灯持续供电，紧张的脑力劳动是大脑神经细胞大量耗能的过程，因而，及时、充分地补给能量是大脑高效运转的保证。

阿尔法（α）脑电波在初睡或初醒时出现，此时身体处于放松状态，并有自觉的警觉意识。α脑电波可以减少紧张感、压力和焦虑，提高大脑工作效率、创造力和免疫能力。一种称为巴洛克的音乐（每分钟60～70拍），与频率为8～12 Hz的α脑电波的波长相似。通过欣赏巴洛克音乐，大脑会处于“放松性警觉”状态，实现快速学习。在“放松性警觉”的状态，人们可以有效整理思想，让潜意识能接收条理清晰和有价值的信息，并将它们存储进大脑正确的“仓库”中。

通过了解记忆产生的机制，希望每个人都能够充分调动学习与记忆的积极性，高效地用“脑”思考。

参考文献

［1］Genç E，Fraenz C，Schlüter C，et al. Diffusion markers of dendritic density and arborization in gray matter predict differences in intelligence[J]. Nature Communications，2018，9（1）: 1-11.

［2］李洋，陈芳，胡志安．与学习记忆相关的睡眠新功能：突触稳态[J]．生物化学与生物物理进展，2009，36（3）: 269-273.