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脑与教育学习札记(8)——脑中不同的记忆系统

学习和记忆总是紧密的联系在一起,学习过程需要记忆,否则就不能通过学习影响我们的行为。记忆也是十分复杂的过程,每天我们会接触到大量的信息,当然不可能都记住,记住的也会忘记,有时记住的还不可靠。哈佛大学的Schacter教授写了一本书,数落记忆的七大罪过,说得就是记忆的复杂和不完整,甚至不真实,以及由此引出的伦理问题和法律问题。

上世纪50-60年代,认知科学家按照记忆的时间长短对记忆进行分类,将记忆分成感觉记忆、短时记忆和长时记忆。

 感觉记忆的时间在毫秒到秒级。感觉记忆主要包括视觉图像记忆、声音记忆和触觉记忆几个部分,视觉记忆可以保持几百毫秒;而声音记忆可以保留的较长。可以长至几秒,甚至达到20秒。短时记忆可以保持几秒到几分钟,它的容量大致为7±2个单元。例如,你需要临时记住一个陌生的电话号码,以便拨通,一般你能记住的位数是7±2位。如果你能把信息“打包”成信息组,你可以记住7±2组的信息。长时记忆能保存以天计,或是以年计的信息。

认知科学家Atkinson和Stiffrin在上世纪70年代提出了一个表述这三种记忆关系的框架模型《1》:
   
     

这个模型的不足之处是没有考虑信息在脑中处理的过程。实际上信息即使是瞬时的记忆,也会在脑中有处理的过程,处理加工的深度会影响长时记忆。同时,瞬时记忆处理的内容不仅可以直接取自感觉记忆的内容,也可以从已经存储在脑中的长时记忆里提取。因而,随着对记忆研究的深入,Allan  Baddeley等提出了工作记忆的模型,以修正和补充短时记忆的模型《1》。工作记忆也是瞬时记忆,例如,它的存储时间刚好能让你回答与你交谈者的问题。工作记忆模型包括三个部分:执行中心以及两个从属的感觉记忆的分系统:声音回路和视觉—视觉空间初级处理暂存画面。执行中心负责控制和协调感觉分系统和长时记忆之间的相互作用。在遇到新的情况时,这个中心也可以起到管理注意系统,调整感觉系统,协调和计划行为的作用。工作记忆的执行部位位于大脑的前额皮层,这个部位神经元的工作状态受神经递质多巴胺和谷氨酸的影响较大,也就是说它和情绪、食物、健康状态、以及药物服用等有关。工作记忆是有限容量的,它的容量随儿童的不同发育阶段而改变,不同人之间也有差异,有的认知科学家用对工作记忆的评测,预示儿童智力的发育和差异。

      


    在前面的几篇札记中已经介绍了,在分子层次上,记忆和发生在神经元突触处的改变有关。产生长时记忆需要伴随着突触处发生变化,最通常的机制是发生在信息沿神经元传递的长时程增强过程LTP, Long-Term Potentiation)。在脑的某些部位,如位于颞叶内侧的海马区,神经元被激励时,携带着信息的电脉冲沿着轴突和树突传输,使突触处产生长时间的效应,我们称其为长时程增强过程,这时相应的突触处产生蛋白质分子的合成,就会生成长时记忆。

 

脑是高度特定化的器官。人的学习不是只有一种形式。认知科学家对正常人的认知过程进行研究,把学习分成两类,明晰性学习和不明晰的内隐学习。神经科学家通过对部分脑区被切除的病人进行的研究;对动物活体脑的研究;以及运用先进的脑功能成像技术对正常认得研究,进一步确认了脑中存在着两类不同的记忆系统。

一类对应于明晰性学习的记忆,称为陈述性记忆(或明晰性记忆)。在这一类里又可以分成情景记忆和语义记忆。情景记忆指我们记忆中保存的亲身经历的事件,如难忘的分离、喜庆的过程;而语义记忆是指我们获得的有关个人和周围世界的知识,它并不一定是我们亲身经历的,如我们日常习惯强调的认字、学计算规则、学外语生字等都属于这一类。进行明晰性学习时,我们是在有意识的情况下获得知识,获得的知识是可以用语言表达的、可陈述的,再提取的时候,也是有意识地进行提取。

认知心理科学家经过研究还确认了另一种学习方式,即不明晰的内隐学习。这种学习往往是在不知不觉,潜移默化中无意识地进行的,像我们学习骑自行车、学习母语的文法、习得的讲话的自然姿势、感觉触发、情绪反应等都属于这一类。神经科学家确认和扩展了认知心理学家对内隐学习方式的研究,认为内隐学习的内容会在脑中形成非陈述性记忆,包括情感记忆和动作记忆(认知心理学家注重研究认知,而往往忽略了情感记忆)。陈述性记忆重现时是有意识的提取;而非陈述性记忆的提取往往是无意识进行的,例如我们说母语时,并不需要去刻意考虑按文法组织语句,就是属于提取非陈述性记忆。

神经科学家的研究不仅证实了不同记忆系统的存在,并给出它们在脑中的大致部位,图中给出示意框图《2》。

        
    在研究记忆的历史上,一位匿名叫H.M的病人帮了神经科学家很大的忙。他因为治疗癫痫病,切除了颞叶内侧皮层中包括海马和海马附近的区域,手术以后,他保留了离手术时两到三年以前的记忆,也保留了其他的智力,但是失去了手术前两至三年的记忆,而且不能再形成可陈述的长时记忆。你进入他的房间,和他可以正常地谈话,但是当你走出房间再次进入时,他已经不认识你了,会把你当作陌生人对待。陈述性的长时记忆在海马处生成,而逐渐储存在新皮层区域。动作方面的记忆在基底节中的纹状体以及位于脑后部的小脑部位。基底节对运动控制是很重要的,基底节的体积随年龄增大而减少,特别是右脑的尾核。正常儿童尾核的体积和年龄的增长呈显著的负相关,而患多动症的儿童不存在这种关系。小脑对时间上需要精确控制的动作记忆是关键部位。情绪记忆主要的部位是位于颞叶内侧靠近海马的杏仁体处。这些结构的部位如下图所示: 
        
          
 

了解人有不同的学习方式,以及脑中存在不同的记忆系统,能给我们教育什么启示呢?

1,  既要重视明晰性学习,也要重视内隐学习,特别对儿童,非陈述性记忆形成要早,保留时间长,和我们通常指的素质培养关系最大。

2,  感觉记忆有两个相对独立的回路,来自听觉和视觉,形成长时记忆时,如何有效地运用这两个系统是需要研究的,特别在提高第二外语学习的效率方面。

3,  LTP如何使突触发生改变的?这也是一个复杂的过程,有基因也有环境的作用。有些结论是比较明确的,如人的一些基本需要能够满足时,如睡眠、饥饿等,记忆就可以较好的形成。情绪对形成记忆有很大影响,特别是恐惧。人在恐惧的情况下,一些神经元会变得“静寂”,而无法工作,而一些恐怖的记忆会保留的很长久,甚至影响一生。恐惧对儿童的影响最大,因为儿童的情绪控制能力较弱,这就是我们一再强调要保护儿童远离暴力和忽视(忽视也是一种伤害),重视儿童情绪能力培养的原因。

4,  更深入的研究儿童学习的过程。例如,我们说儿童在10岁或12岁以前,如果有条件学习第二外语可以达到母语的水平,这是指在第二外语文法掌握上,如果有合适的学习条件,这些儿童也可以像掌握母语文法一样,形成无意识提取的程序性记忆。这是需要特别的环境的,如一个家庭父母要分别讲两种语言,或是能够上较好的双语学校,而不是一个星期两节课,学几个单词就行了。对单词的记忆,人的一生中都可以进行,虽然儿童年幼时记忆力好,可是不去经常使用,学到的单词也会忘记的,而母语式的文法习得却是一生可以保存的。

5,  儿童形成长时记忆和脑中工作记忆处的信息处理过程有关,即和儿童原有的经历与条件有关,不同的人之间是不同的,不同年龄的儿童也是不同的,需要因材施教。

6,  神经科学家已经发现:长期存在的压力,会使海马萎缩。因为现在部分的学校和家长不重视儿童情绪的保护和情绪能力的培养,关于情绪记忆和情绪对学习的影响我们需要继续讨论。

还有什么?请大家讨论

 

主要参考资料

1,M.S.Gazzaniga, R.B.Ivry, G.R.Mangun, Cognitive Neuroscience, ISBN 0-393-97219-4

2,N.S.Gallen, A Primer on Learning: A Brief Introduction from the Neuroscience, Social Brain Conference, Barcelona, July 2004

 

 

    发布于2005年11月30日 14:34 | 评论数(21) 阅读数(8484)

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评论

韦钰 210.51.4.*** 发表于2006-12-14 17:59:43

海宁王文解老师,告诉我们你的Email。我给你寄图去
王文解 60.177.252.*** 发表于2006-12-10 19:05:22

韦老师:您好!

我是浙江省宁海县的一个中学教师,原物理专业的,教初中《科学》,现在需要解决这样几个问题:在人大脑皮层有哪些脑区与学习和记忆有关?如何理解人的大脑是“知识建构”的高级智能器官?人脑的信息处理机制与建构主义学习理念之间的关系是怎么样的?查到了您写的《脑与教育学习札记系列》,深受启发,如获至宝。可是有些图网上显示不出。敬请告知在哪里可以得到?万分感谢!

丑丑 发表于2005-12-05 16:40:00

     在中国发展过程中,中国的教育以往都是重视高等教育,而忽视幼儿教育.我相信,随着社会的发展,中国教育也会逐步回归其本质.但是,如果有更有能力和权威的人推动其发展速度,中国的教育会更早一天回归本质,中国也就更早一天强盛.

      真正能改变国人看书习惯的最直接简单的办法是:让孩子看更多趣味性好,故事性强,大量绘画,极少量文字的书.可以想象,这一批孩子成后长了,如果有大量图书馆,我相信,几年后,就会看到图书馆内孩子人头攒动的情景.

    内隐学习,儿童和成人的学习能力是一样的,而外显的学习,幼儿比成人能力低弱极大,而在幼儿园大量推行外显的学习,有时候真是痛心疾首.

    在中国,极重视教育,却也许有太多的教育问题要解决,我在思考,是否该有火救火,有难救难,更合适,还是丢舍一些问题,去直接从源头(幼儿教育)上抓起,付出的代价也小,即算小学、中学教育没有变化,我们可以预见,二十年后的中国,人材的水平和国家的强盛.如果要考虑从小学抓起,付出的代价大得多,而且中学教育不紧跟改变,教育改革的成效还会非常小。

    在这里,我只想说,中国的幼儿教育太落后了,我们在做一件事倍功半的事。
更正 发表于2004-12-22 11:12:00

同意,更正如下:

人,若不需要被照顾,请明示;若需要被照顾,请服从到能平衡照顾。
又需要照顾又不服从到平衡又不明示,就是骗子,骗子不配被尊重,不配谈平等,只配被将计就计。

大师就是不一样,有底气说这样说,大部分女人不敢这样说,而大部分男人呢?
Ireine 发表于2004-12-17 17:25:00

学习方法势必要建立在学习的基本生理机制上,违背脑神经活动规律的方法不可能有效,也就更谈不上可操作性了.
    不同的人,其学习过程中感知、记忆、思维等差异都很大,若要找到一个共同的、放之四海而皆准的方法,就记忆而言,或许只有大家熟悉的艾宾浩斯的遗忘曲线所揭示的:遗忘规律先快后慢,因而及时复习是达到良好记忆效果的捷径.
韦钰 发表于2004-12-17 00:00:00

回复关于现在的女性女人。
把“女人”改为“男人”如何?

若不需要被照顾,请明示;若需要被照顾,请服从。
又需要照顾又不绝对服从又不明示,就是骗子,骗子不配被尊重,不配谈平等,只配被将计就计。 

不管是男人,还是女人,应该相互尊重。
CM-HTRMT 发表于2004-12-16 10:29:00

对了,前一个帖子说到的“...可以适用于...”没有说清楚,它包括了,大众的购买力、可接受程度、是否易于实施等。不然,如果研究出来的东西大众买不起,接受不了,不好用,甚至不管用(因为可能只是对特例有效),那么研究出的结果就没有意义了。

另外,就我为什么说我们需要研究的是方法/机制,而不是什么药物、器械等其它的东西,是有原因的,也请大家多思考。
CM-HTRMT 发表于2004-12-16 10:22:00

我觉得研究的思路是不是这样比较合适:我们的目标是想提高大众的学习能力以及素质,那么这就意谓着应当去研究一种可以适用于所有学习者的方法/机制,并且这种方法具有这样的特性--通过使用这样的方法/机制,在长期的应用之后,确实能够有显著的可重复的效果。如果能做到这样,那么我们的目的就达到了。

冰凌 发表于2004-12-15 00:00:00

呵呵,我在读语言学校的时候,课本里有这么一篇。。。是英文的。
和您说的是一样的呢~~
关于现在的女性 发表于2004-12-12 23:49:00

女人,若不需要被照顾,请明示;若需要被照顾,请服从。

又需要照顾又不绝对服从又不明示,就是骗子,骗子不配被尊重,不配谈平等,只配被将计就计。

请斧正。
郭刚 发表于2004-12-04 00:00:00

不知韦院士知不知道现在对数学课改有两种不同的意见。姜伯驹院士认为现在的课改有严重问题,而何小亚(华南师范大学数学系副教授)又认为课改没有问题,课改是好的。何派认为数学要和生活实际相结合,才能吸引学生的兴趣;而姜派认为数学就是要用逻辑推理、用数学之美来吸引学生。
也许是我孤陋寡闻,好象所有的数学家、物理学家对数学产生兴趣,几乎都是由《几何原本》中的逻辑推理之美,从未听说过哪个科学家对数学产生兴趣,是因为数学解决实际的生活问题,真不知道,他们是把数学生活化,还是把数学庸俗化。不谈数学的逻辑推理之美,学生会对数学有兴趣?感觉象是天方夜谭。
Ireine 发表于2004-12-03 16:14:00

在学业不良的学生中,有一较为常见的现象:他们对要求记忆的学习内容会明显获得地又快又准,而且能够保持几天到数周;可他们又的确比学业良好的学生遗忘得快且彻底.探究他们的记忆过程就好象经历了一次没有消化液参与的进食过程一样,一切都只是穿肠而过了.
    如此,可否理解一个有效的记忆过程首先是对记忆材料的分解,而后是重新编码,以同化或顺应的方式纳入已有的认知系统.脑并不是按材料呈现的方式完整记忆的,所以分解整合后的记忆会变形以至于丢失.
    那么记忆过程中的”消化液”是什么?是情绪?是神经递质?它们被激发参与记忆过程的生理机制又是什么?
wlm 发表于2004-12-02 16:58:00

韦老师:您好!
     我是浙江的一名幼教教研员,今天才得知您,让我错过了好多机会.试问:关于幼儿科学教育您是否正在研究?我想了解,也想参与,不知能否有机会?
邮箱:wlm8863@163.com
申国强 发表于2004-12-01 22:57:00

校长讲的太好了!
        我几乎看了前面所有文章,增长了许多关于学习的知识,受益匪浅!
  您在前面文章中一再谦称自己不是教育家,实在是太谦虚了!"做中学"项目面对中国上亿儿童的教育问题,对他们进行"科学教育",这是一项艰苦而伟大的事业,中国的中小学教育基本是人文教育和知识灌输,太缺少基于思辩和实证的科学教育了!这是科学救国的最根本体现,是有远见的!不是说"电脑要从娃娃学起吗!",科学更应从娃娃学起.您已经是一位伟大的教育家了!!
        我,以及周围的许多普通公民都支持您的"做中学"项目,希望这一成果能迅速普及推广,使我们的下一代受益,培养出高素质的人才和更优秀的人才.
一个留学国外的中国公民 发表于2004-12-01 16:14:00

韦院士,我非常敬重您的人品。看了一些七台河矿难的报道,心里很难受,人微言轻,不知道自己能做些什么,只是希望发表一下自己的看法--在这里不太合适,希望您能原谅,如果能向有关方面代为转达,则感激不尽。

近年这么多的矿难,很少看到跟矿难相关的保险理赔,不太明白这些运作怎么样。在美国绝大部分州,没有买保险的车是不准上路的,我觉得我们可以借鉴这种做法,并推广到其他高危行业:没有保险的人不允许下矿;允许无保险下矿的矿场必须关闭;加大保险赔偿额度;保险由矿场,矿工共同负担;保险公司参与矿场的安全监测等等。也许这些措施已经实施了,只是我孤陋寡闻。谢谢

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