如何将记忆力提高千倍？
作者：吴建永（美国乔治城大学医学院神经科学系）
在许多科幻电影中，主人公通过某种药物可以获得包括超凡的记忆力在内的各种超能力
很多人抱怨自己记性差，羡慕周围过目不忘的朋友。以前四五十岁就算是老年了，记忆差点也就认命了。而现在，到这年纪生活刚刚开始，60-70岁还算“中年”。在这种情况下，记忆减退就让很多人担忧了。到了2150年，人的平均寿命将达到95岁，记忆衰退将是老龄化社会的一个大问题。
大脑中大多数神经细胞不会再生，因此保存在神经网络中的记忆肯定是随年龄减少。那么，能不能利用技术，把记忆能力提高千倍呢？
答案是肯定的，而且你已经感觉到了：智能手机每天跟着你，留下大量的照片、视频和语音。利用这些信息可以把早已忘得干干净净的记忆找回来。可是，这种“记忆”使用起来总觉得不那么方便，如果我记忆差到连照片都想不起来，那怎么办？
下面我要讨论的，就是记忆的“增强版”，真正的超级好记忆。为了讨论方便，先科普一下人脑的记忆。
人脑记忆“ABC”
人的记忆分成“显性”（explicit ）和“隐性”（implicit） 记忆两大类。
显性记忆就是能用语言表达的，又分成 “陈述型记忆”和 “事件记忆”。陈述型记忆的内容主要是知识，比如你背诵的唐诗。事件记忆是经历，比如回忆前天你早饭吃的是什么。
隐性记忆则主要是“程序记忆(procedural memory)”，比如学会骑车、滑雪、跳舞这些连续动作，以及学会的顺口溜、外语 。隐性记忆一旦形成可以稳定终生，所以你在小时候学会骑车，即使日后多年不骑车，但一接触自行车还是马上能骑。
显性和隐性记忆在大脑中的关键节点：A 显性记忆的关键点是海马体（图中紫色结构），隐性记忆的关键节点是基底节（图中绿色结构）右上角插图标示海马和基底节在大脑中的位置。B人脑的标本的冠状切面（即两耳之间的切面，平面的位置由图A中的虚线标示）。海马体和基底节与大脑皮层形成高度互动的网络，把记忆储存下来。（大脑皮层即B图中的大脑外圈，颜色比较深的那层）C 人脑海马体（右）和真的海马（左）比较，体积形状都相似。
举一反三，复习一下：当你在广场上跳“小苹果”时，用的是程序型记忆；休息的时候和昨天刚认识的大妈打招呼，用的是事件记忆。而进一步和大妈套近乎，讲解股市“K线”，用的是陈述型记忆。
如何减缓记忆衰退的速度
大脑肯定随着年龄不断衰退，而体力和脑力锻炼是减缓记忆衰退的有效武器。
脑力锻炼主要靠多动脑，学习有挑战性的新知识最有益。老年大学和退休后公益志愿活动都是极好的脑力锻炼。
虽然大脑中大多数神经细胞是不能再生的，死一个少一个，但记忆是存储在神经细胞之间的连接点上的，一个神经细胞与其他神经细胞间有几千个连接点。一个细胞死亡不会丢失一个记忆，而只会由于相关节点的丢失使记忆减弱，模糊。
海马中神经细胞的局部特写： 彩色小球为神经细胞体，拖着的尾巴是神经纤维。左上方的彩色细线是来自其他神经细胞的纤维。神经细胞通过纤维与其他神经细胞进行广泛联系。海马中有些神经细胞与几百万个其他细胞相连。记忆就寄存在细胞之间相互联系的接点（突触）上。
而脑力锻炼可以不断活跃与记忆有关的神经网络，强化原有的连接点并创造新的连接点，刷新由于细胞死亡造成的记忆损失。衰退是持续渐进的，而锻炼也是持续渐进的补偿过程。很多研究认为变老不是被动的，而是退化与对抗退化不断相持不下的主动过程，与幼儿的发育、病后恢复非常类似，只不过发生在不同的年龄段。
体育锻炼与脑力锻炼同样重要，主要在以下三个方面：
一是增进健康，消灭高血压、高血脂、高血糖。心血管健康大脑受益。大脑享受全身20%的供血。脑中每根血管都负责一个重要脑结构的功能，那一根堵塞都会造成严重后果。
第二方面是改善心理健康。人的情绪是靠大脑皮层下的神经结构控制的。这些神经结构控制人的兴奋、发怒、幸福和沮丧等感觉。人年老后，难免某些神经环路会“搭错线”，造成各种极端情绪。极端情绪能使很多激素异常释放，直接破坏记忆的形成。同时也压抑免疫系统和身体修复的功能，加速衰老。运动可以有效地让人从这些短路的死胡同里绕出来。
第三方面是运动对增强记忆有直接作用。运动可以增加脑中掌管显性记忆的关键结构“海马体” （Hippocampus）的血流量和体积。锻炼者学习和记忆的能力明显超过不锻炼者【1】。海马体直接处理事件记忆，户外运动时海马体必须一丝不苟地工作，否则就会找不到家。由此，海马体就得到明显的锻炼。另外运动时肌肉会释放一种叫作cathepsin B 的蛋白分子，可以促进海马体分泌更多的神经营养因子，提高记忆能力【2】。
需要注意的是，程序型记忆虽然是终生不忘的，但用年轻时的程序型记忆指挥老年的肌肉却可能会出问题。
因为程序记忆存储的是肌肉收缩的时间顺序和强度，当肌肉关节衰退后，原来的运动定势就可能造成错误，出现摔倒这样的事故。高龄老人死亡率最高的原因不是心血管疾病，不是癌症，而是摔倒后骨折造成的卧床。卧床对人的健康是巨大的打击。因为站立本身需要活动大量肌肉，心血管需要根据姿态不断调节血压。宇航员在太空的无重力环境与卧床相似，即使是年轻人在这样的条件下过几天，也会站不稳，肌肉退化，骨骼中的钙大量流失。【3】
因此，持续的体力活动对老人防止跌倒，保持独立生活的能力是非常重要的。
记忆与睡眠
目前神经科学流行的一种说法是“记忆两步论”：显性记忆需要通过睡眠来巩固。
第一步发生在白天，人的大脑不断处理信息，随机把一部分日常经历的事件记下来。一天下来，脑内很多部分（比如海马体）就记满了，就需要通过睡眠来擦除大部分无用的记忆而巩固有用的部分。
第二步发生在夜间的睡眠中，海马体会不断地和大脑皮层共同活动，回放白天的记忆并记住其中一部分 。我们都有这样的经验：一觉醒来觉得昨天发生的很多事件被捋顺，记得更清楚了。这展示了睡眠对记忆的作用。
在夜里，人的睡眠有几个循环，每个循环约90分钟，先是浅睡（术语叫睡眠一期和二期），几十分钟后进入深睡（三期）最后是梦境（快速动眼期），如此循环几次。老年人睡眠时间减少，主要是深睡的第三期变短，而损失的三期睡眠正是巩固记忆的“黄金睡眠”期。
一夜睡眠的时相和分期 上： 睡眠分期的脑电指纹。睡前闭眼但清醒时脑电是8-12 赫兹的阿尔法波。进入第一期浅睡后脑电波变慢（西塔波）。睡眠加深到第二期时有偶尔的高波和纺锤波。深睡（第三期）以高幅度，低频率的慢波脑电为主。梦境时脑电与清醒时相似。下：睡眠各期在一夜间的循环。第一个小时中从浅睡，第二期到第三期，之后出现梦境。然后再进入第二期第三期。这个循环在一夜中出现几次。
有个著名的实验，让一群年轻的哈佛学生在一天里变为记忆很差的老人：
首先，让这些学生在睡眠实验室里，边睡边实时监测他们的脑电信号。当三期慢波睡眠的脑电指纹出现时，实验人员就摇晃床，把三期睡眠破坏成浅睡。如此一夜几次晃床，虽然总睡眠时间没变，但第二天测试时，结果却十分惊人——年轻聪明的哈佛学生竟然变成了老年大学的学生，他们的逻辑能力和显性记忆都大大下降。而被试学生自己却一点没有睡眠不佳的感觉。不过，该实验的效果是短时的，只要第二天不干扰三期睡眠，聪明的哈佛学生还是聪明的哈佛学生。这个实验说明了睡眠对记忆的重要性。【4】
睡眠缺乏除了影响记忆，还会明显地有害健康。一夜失眠就会使血压升高，增加血糖和血内的应急激素，并抑制免疫系统。良好睡眠的重要性超过一切体育和脑力锻炼。因此，任何年龄的人都要尽一切努力保证充足的睡眠。体育运动和规则生活可以帮助睡眠，而中老年人为了有足够的高质量睡眠，也需要有足够强度的体育锻炼。
技术让记忆力提高千倍
说到如何用技术让记忆力“提高千倍”，别想歪了，不是大脑里面插电线的粗鲁做法，而是维持人的尊严，让技术围着人转。
记忆的过程是神经科学的热门研究领域，目前虽然还有很多基本问题没搞清楚，但很多证据表明人的记忆不是像在计算机硬盘上存照片一样，写一次就永久存留。与之相反，长期记忆的形成必须靠睡眠中的回放。而长期记忆形成后需要在生活中不断地回想，然后根据回想再记入。
利用这个生理特性，技术就有了切入点：影像声音和文字可以帮助场景回放，也就不断刷新了储存于神经细胞间连接点的记忆。这和人在回忆时主动刷新记忆的过程是一样的。
智能手机让人们拍摄了越来越多的照片。翻翻过去的照片，可让人回想起很多过去经历的细节，其中大部分细节是如果不看照片就永远不可能再回想起来的。现在每人每周也许有几十张照片。
我们常用手机在日常生活中拍照。这些照片对回忆起当时的情景有很大帮助。人们看到照片会立刻回想起很多当时的细节。但如果没有这张照片，则这些细节就很难再被回忆起。
在不久的将来，米粒大小的无线照相机可以在眼镜，帽子或衣领上自动地定时捕捉个人和周围环境的照片，使个人拥有的照片数量增加到每秒钟几百张，将个人的全部视觉经历被完整地记录下来 。同样，其他无线传感器可以把人的声音、动作、速度和地理位置等信息随时存储起来。每件衣服、每个物件上都有多个“一次性”相机和其他传感器，可以说，当你穿戴上这些设备，你的人生就被完整地记录了。
如此海量的图像和信息对个人来说难以掌握，但掌握信息正是人工智能和数据库技术的强项。
现有技术已经能在人脸识别方面远超过人，对语言的理解能力也能与人不相上下。照片中的所有的人脸可以被联系索引起来，从对话中可以分析出关键字、概念串和语气指纹等。同样地，其他视听信息可以提取出各种信息，如从背景音乐中提取出乐曲名字、乐队演出的艺术特征指纹以及播放系统的音频指纹等信息。
人脸识别
这些图像、声音和语言文字等信息可被轻易索引，由 “个人记忆系统” 分析整理，并按需进行场景回放。其结果是使人“过目不忘”，记住每个见过一面的人，经历过的每个地方每件事，交谈过的每一句话。每当你遇见只见过一面的人，记不清楚时，智能手机会在你耳边告你上次在那里见过，谈过什么，甚至这人的姓名、职务等等，让你永远消除似曾相识的尴尬。
在衰老进程中，脑细胞和神经线路持续地不断损伤，海马损伤是老年失智的主要原因。
这个记忆关键点的退化使记忆逐渐变得模糊而难以回想。但技术可以帮人建立一个外挂的“人工海马”，帮人不断地刷新淡忘的记忆，把远期记忆从部分损坏的神经线路中提取出来，加工修复后再存进相对完好的新线路中去， 避免前面提到的那种记忆差到连照片都想不起来的永久性信息损失。
这种记忆的拐棍能远远超过人类自然记忆的容量和回忆能力，让老年人和年轻人的记忆能力不再有差别（都能100%记住），而老年人反而在记忆方面更有优势，因为他们有更大的个人记忆库。
社会给人主持公道
当然，把个人的经历全部记录下来可能会带来非常可怕的社会灾难。
电影《最终剪辑》为我们展示了记忆私有性与人类窥私欲碰撞时的灾难性结果。好莱坞的担心不是空穴来风，未来的大利益集团一定会利用个人记忆增强系统来牟利。而那时个人的选择可能是要么放弃个人的真实记忆，要么放弃“超级好记忆”。
商家和骗子也一定会利用这个技术谋利。比如入侵个人记忆系统，通过篡改数据，在回放中给人洗脑，形成虚伪的记忆，达到诸如 “XX牌面膜最好用”，或 “我的房子不是自己买的，而是租住骗子甲的” 之类的虚假概念。由于这些假概念是从真概念的场景回放中逐渐篡改的，本人会完全深信不疑。
这时，只能靠社会为广大受害人主持公道。社会公信不能靠空洞的红头文件来维持的，而是靠社会级的大计算机网络。每个人的个人经历会在多个人的经历中相互印证，形成证据链。社会级的大计算机网络通过对大量个人的记录系统进行综合分析，从而比较容易地找出被篡改的、不合逻辑的地方，自动对受到侵害的个人发出警报，自动监测打击骗子商家。
可以想象，在不久的未来，人的记忆主要是存在于晶片内的，晶片中记忆的信息可以轻易超过人脑容量的万倍。 图像和信息一经记录就被永久留存，并能不断回放刷新原来储存在脑中的记忆。
随着技术进步场景回放将不再通过眼睛耳朵和皮肤，而是通过晶片和神经细胞之间的电线。这些设想符合神经系统的生理结构和工作原理，相当于给人脑加装了比天然的海马回和新皮层能力强万倍的记忆／回放系统。
老龄化给社会，技术都带来压力，中老年人的心头更是压了一块石头。按20世纪的生活方式，一个老人至少需要一个青年劳力照顾。当老龄社会中老年人超过青年人时，社会上的全部劳动力都去当护工也不够。但是，危机总会带来更大的机会，给技术发展带来空间。靠基础研究对人类生理和神经系统的不断认识，老龄化社会将不再是一个只能被动应对的难题。
工业革命造出超过肌肉能力百万倍的机器， 信息革命当然也能造出帮人提高记忆千倍的机器，从这个角度出发，前景是非常乐观的。
参考文献
1. Erickson et al., (2011) Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. PNAS, 108 (7): 3017–3022 http://www.pnas.org/content/108/7/3017
2. Moon HY, et al., (2016) Running-Induced Systemic Cathepsin B Secretion Is Associated with Memory Function. Cell Metab. 2016 Aug 9;24(2):332-40. doi: 10.1016/j.cmet.2016.05.025. Epub 2016 Jun 23
3. 见美国宇航局科普网站 https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/benefits/bone_loss.html
4. 很多基础知识和参考文献见https://en.wikipedia.org/wiki/Sleep_and_memory， 最近有一个非常有趣的直接实验见 Fattinger S., de Beukelaar TT., Ruddy KL, Volk C, Heyse NC, Herbst JA, Hahnloser RHR, Wenderoth N, Huber R6 (2017) Deep sleep maintains learning efficiency of the human brain. Nat Commun. 2017 May 22;8:15405. doi: 10.1038/ncomms15405.
（文章首发于科学大院，转载请联系cas@cnic.cn）
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