發現記憶「神奇數字」的心理學家──米勒誕辰｜科學史上的今天：2/3

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本月科學生書單邀請到鄭國威（泛科學創辦人、泛科知識知識長），為我們推薦一系列適合老師、家長、國中生一起閱讀的好書。

《學生為什麼不喜歡上學？：認知心理學家解開大腦學習的運作結構，原來大腦喜歡這樣學》

特別推薦給：老師★★★

作者丹尼爾・威靈漢是位認知心理學家，他以清楚流暢的文字，恰到好處的案例，揭開了隱藏在關鍵學習問題背後的大腦機制。

我們都希望培養學生思辨能力、擁有好的記憶力、理解抽象概念，幫學得慢的學生提升速度，但與其一直關注班級、或是個人這樣的單位，其實大腦才是教育者該花更多工夫破解的。

對大腦來說，理解新事物，就是把新事物跟已知事物連結起來，不懈地練習很重要，但也要符合大腦的節奏，予以適當間隔，而不是猛K書，給大腦知識轉移以加強記憶的時間。本書每一章節都是專為教育者而寫，案例豐富，譯筆流暢，有實際操作的細節建議，值得每一位家長跟教育工作者讀三遍；如果有空，就讀十遍。

《像火箭科學家一樣思考：9大策略，翻轉你的事業與人生》

特別推薦給：家長★★★

人生那怕只聽到一個真實的、具有啟發性的案例故事，便能足以讓一個人反思自身作為、徹底改變思維，一輩子受用。

本書作者歐贊‧瓦羅（Ozan Varol）是土耳其移民，懷抱天文夢的他參與2003年的「火星探測漫遊者計畫」，送兩部探測車登陸火星；以及「卡西尼－惠更斯號任務」，將無人探測船送上土星。

他不僅是位火箭科學家、律師，也是屢獲殊榮的法律學教授與作家，他從古往今來的科學科技史中，搜羅了許多力道十足的案例，讓我在閱讀過程中不斷反思，某些段落常常令我起了滿身雞皮疙瘩，然後重看一遍。書中介紹的思考策略，適合你隨時拿起，重複閱讀，轉化成自己以及孩子的未來能力。

《假新聞【21世紀公民的思辨課】：後事實時代，究竟是誰在說謊？德國權威記者帶你直擊「謊言媒體」亂象，揭露「假新聞」與它們的產地！》

特別推薦給：國中生★★★

臺灣的記者形象有多糟呢？在我近三年上百次演講中，我每回都會問現場的參加者：「覺得記者是被社會尊重的一種專業的人，請舉手。」從來沒有人舉過手，即使聽眾是傳播科系的大學生。

說到記者，在德國或許還沒有臺灣形象那麼低落，但我認為本書作者卡洛尼娜・庫拉這位德國的資深記者，也同樣感受到新聞這門專業被輕賤跟低估，實是假新聞問題的根源。她在這本書裡以德國語境下的「謊言媒體」作為討論對象，也聚焦了幾個對德國來說特別重要的案例，如與難民相關的各種假訊息。而夾在俄國與美國兩方之間的德國，其實處境跟臺灣有點類似。

庫拉認為，重建信任的第一步就是讓新聞媒體的工作透明化。她簡要地從德國資深記者的角度描述了新聞工作的日常與特殊，理想與現實。獲得科技賦予強大傳播能力後的「網友」，也該在轉發分享任何一則消息之前，以新聞倫理要求自己，而不是像個巨嬰一樣。本書份量跟難度都適合國中階段的同學，建議老師適當引導。

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試著背下這組數字：26535897932384626433。三、二、一，好了，你能背出幾個數字？我猜不會超過 9 個，但也不會低於 5 個。

平均而言，一般人能記得的個數就是 7 正負 2 這個區間，這是美國心理學家米勒 (George Armitage Miller) 在 1956 年發表的論文《神奇的數字：7±2》中得出的結論。

當時已經知道記憶可分為短期記憶與長期記憶，短期記憶像個暫存區，有用的資訊才放進長期記憶保存，其餘的就隨記隨忘。因此短期記憶的儲存容量不需要大，但到底有多小？米勒卻透過實驗證明不管是數字、字母、顏色，或是事物，大部分人平均最多只能同時塞進七項。不過所謂七項並不一定是個別的項目，也可以是由幾個項目組成的「組塊」，例如記電話號碼時，會拆成 09xx-xxx-xxx 三個組塊。

米勒這個實驗的意義不只在於找出短期記憶的限制，更在於這個實驗本身所具的時代意義。因為當時的心理學是行為主義當道，主張只有明確客觀的外在行為才可以觀測，才值得研究；相對地，心智、記憶這些無形的東西看不見、摸不著，根本不符合科學。

米勒就是在這樣的氛圍之下，甘逆潮流，另闢蹊徑，為心理學開拓出另一片天地，因而成為認知心理學的先驅之一。當他於 1960 年與同事布魯納 (Jerome S. Bruner) 在哈佛大學創立「認知研究中心」，更等於是揚起大旗與主流的行為主義相抗衡了。

1986 年，米勒回到他最早的研究主題：語言。他結合多年來在認知心理學的研究，帶領普林斯頓大學的團隊開發出一套以語意作為關聯的大型文字資料庫── WordNet。如今在許多自然語言處理、搜尋引擎等程式語言或演算法中都可見到它的身影；Google 的 AdSense 廣告技術即是源自 WordNet。

米勒當年率先運用電腦進行認知心理學的實驗，晚年則反過來運用認知心理學開拓電腦與網路上的應用，真可謂是開創型的大師，也難怪被喻為二十世紀最有影響力的實驗心理學家之一。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

有沒有曾經聽見長輩對年輕人說：「年輕人真的特別有創意！」又或者，也有人常常這麼說：「果然薑（前輩）還是老的辣啊！」

到底是年輕人比較厲害，還是閱歷豐富的長輩更勝一籌呢？

其實，這些敘述大致上都是對的，而且背後都有科學理論概念的支持。

沒想到吧！這些敘述跟心理學有關！

在差異心理學的領域中，對於智力的廣義定義是：「迅速學會複雜知識，並解決問題的總合能力，包含完成作業的速度及難度等」。

智力由什麼組成呢？雖然不同心理學家有不同看法，但多數皆認同為智力有某種程度的共通性，也就是所有智力測驗中都會討論的內容普通因素（general factor，G factor），包含了：理解並掌握事件的概念、推論事件間的關係，或是從已知知識類推至新事件等。

不同的智力型態，衰退速度也不一樣

心理學家卡特爾（Raymond B. Cattell）在 1963 年提出「流體和晶體智力理論」來解釋¹，將智力分類成兩種獨立的智力型態：

• 流體智力：泛指個體天生的能力，包含邏輯推理、抽象思維等解決新穎問題的能力。
• 晶體智力：經由後天的經驗和教育所獲得的知能。

針對流體智力與晶體智力的研究指出，兩者會隨著年齡的增長而有不同的發展與衰退的程度。

流體智力的功能，主要依靠前額葉皮層²中的工作記憶³，因此前額葉發展趨於成熟的 20 歲左右會達到頂峰，逐漸隨著年齡開始衰退⁴。其中，又因為人類面臨衰老和腦部病變的時候，前額葉的變化速度會比其他皮質區域快，因此在老年時流體智力會衰退得更快。⁵

雖然隨著年紀增長，不可避免都會有智力下降的情形，但與流體智力相比之下，晶體智力就衰退得比較慢。

流體智力是你創意的泉源，卻容易衰退！

流體智力( Fluid intelligence, g f )，是一種不需要依賴任何現有的知識，只要透過邏輯推理、抽象思維，就可以解決新穎問題的能力。

在非語言性，或需創意的作業中，如數學、腦筋急轉彎等等，由於需要跳出既有思維，才能發現解決方法，因此流體智力在這個類型的解題過程中，扮演相當重要的角色。

流體智力強調對於新奇問題的抽象推理，不受特定知識或語言的限制，主要以非語文測驗測量。

常見的包含瑞文氏測驗（Raven Progressive Matrices,RPM）⁶，該測驗強調文化公平性，以圖形為試題，測量不同文化下學童的智力及認知推理的能力，亦顯示流體智力不受文化因素的影響。

薑是老的辣？由經驗累積而成的晶體智力！

晶體智力（Crystallized intelligence, g c）是透過教育及過去學習經驗所學到的知識或技能等，它代表文化知識方面的智力，是透過後天學習或經驗而習得，包括一般常識、語文理解、數學能力和應付社會情況的能力等。

與流體智力不同之處，它不需要跳出箱子思考，只要透過既有知識慢慢推理，就可以理解當前的新知，甚至解決問題。

不論是學習知識的媒介，或是智力測驗的方式，「語言」則晶體智力中都扮演重要角色，所以「文化因素」在晶體智力中也有深遠的影響，像是在母語的閱讀理解或文法等作業中，多是依靠過去的知識積累而成，我們所學習並維持的知識，也屬於晶體智力。

雖然流體及晶體智力，說明我們所擁有的兩種不同的能力，看似相互獨立，但不表示兩者間沒有合作，只是涉入程度不同。

例如，在學習微積分的同時，不全然僅靠流體智力就可以完成，其中晶體智力，包含過去所學的定理公式，這時就扮演重要角色。

有沒有方法可以讓人變老卻不變笨？

正如上述所說，流體智力會在青春期後開始走下坡，相對而言，晶體智力衰退的比較慢，主要可以透過後天的學習來維持特定知識。

其中，心理學家 Susanne M. Jaeggi 和同事（2008）⁷要求參與者執行高強度的工作記憶（短期記憶）的作業，分別為期 8、12、17 或 19 天四個實驗組別。

實驗結束後發現，參與者的流體智力有明顯的進步，尤其是參與天數較多的組別，因此研究團隊推論流體智力可以通過訓練來改善。

然而，Redick（2013）⁸重複相同實驗，卻未發現相同結果。在短時間內進行密集且困難的大腦認知訓練，並不意味同樣技術我們適用於生活中，所以 Jaeggi 的研究結果仍被視為有爭議的。

在短期內，進行大量的認知訓練，是否可以增進我們的流體智力，目前學界並沒有相同的看法或結論，但如果希望自己可以保持在思考的靈活度，或是維持一定水準的智力程度，「活到老，學到老」的不斷學習則是不二法門，不僅能幫助自己時刻獲取新知外，亦能增進大腦突觸的連結性。

參考資料

1. Cattell, R. B. (1963). Theory of fluid and crystallized intelligence: A critical experiment. Journal of Educational Psychology, 54, 1–22. doi:org/10.1037/h0046743
2. Dehn, Milton J. Long-Term Memory Problems in Children and Adolescents John Wiley & Sons, 2010, p. 69
3. Kyllonen, Patrick C.; Christal, Raymond E. (1990). “Reasoning ability is (little more than) working-memory capacity?!”. Intelligence. 14 (4): 389–433. doi:10.1016/S0160–2896(05)80012–1.
4. Cacioppo, John T.; Freberg, Laura. Discovering Psychology: The Science of Mind. Cengage Learning, 2012, p. 448
5. Fuster, Joaquin. The Prefrontal Cortex Elsevier, 2008, p. 44
6. 瑞文氏測驗的設計，正是為了避免多數智力測驗的弊病－以文字描述為試題，對於較不強調語言導向的特定文化學童，在閱讀試題本身就會造成困難，更不用說可以在測驗中答對。
7. Jaeggi, Susanne M., et al. “Improving Fluid Intelligence with Training on Working Memory.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 105, no. 19, 2008, pp.6829–6833,
8. Redick, Thomas S., et al. “No Evidence of Intelligence Improvement After Working Memory Training: A Randomized, Placebo-Controlled Study.” Journal of Experimental Psychology: General, vol. 142, no. 2, 2013, pp. 359–379.

令人讚嘆的是，這現象放諸四海皆準。

並非只有藝術界的大師，才能在大腦飽受退化摧殘時還持續創作。接下來，讓我們看看政治領域吧。而這也正是道德懷疑論者最愛爭論的領域。偉大的藝術家往往因為他們的公開形象相當正面，而被世人銘記，但重要的民意代表或政客，則可能是英雄也可能是梟雄，甚至兩面兼具。我們來列舉一些即使認知功能下降、甚至早期失智，但在政治圈依然極具影響力的例子。

失智面前，人人平等

柏拉圖在《理想國》﹙Republic﹚中說到：「放眼望去，最重要的美德，便是智慧。」是啊！我們總覺得有錢有勢的人擁有先天優勢，不管是物質方面還是生物優勢方面；事實上，可能連有錢有勢的人自己都這麼想——說好聽點這叫做有自信，說難聽則叫做驕傲自大。

然而，無論這是不是大自然的真理，失智的生理機制並不會因為患者是否富有、是否有權有勢，或是具備特定的道德標準就有所改變。我們才剛開始瞭解失智的病因與病程、瞭解失智如何剝奪人類心智，讓偉大的智慧被掏空，徒留一副困惑與不協調的軀殼。失智有許多不同型態，有些會讓大腦逐漸萎縮，有些則會造成多次小中風。更糟的是，他們往往會同時發生。

不管你是否富有，是否有權有勢，或是不是個仗義執言的好人，失智都會用各種可怕的方式， 逐漸侵蝕我們的心靈。接下來，你會非常訝異於過去甚至現在，居然有那麼多歷史上的重大決策，是由許多已進入失智病程的人，在大眾尚未察覺的情況下所做的。

這個想法，萌芽於多年前我協助雷根總統進行診斷之時。身為一個來自前蘇聯的難民，我在我那群紐約自由派知識分子的朋友中，一直是個異類。我相當仰慕雷根總統，而他還「解放」了我前半輩子所逃離的那個「邪惡帝國」。

因此，當我發現雷根總統可能罹患失智時，這可不是開玩笑，我真的有點難過。當時一般民眾還不知道，甚至連懷疑都沒懷疑過雷根總統竟會罹患阿茲海默症。事實上，當時雷根甚至還坐在白宮裡辦公。

雷根總統在第二任任期時，有時候會被記者問到比特堡的敬獻花圈事件。那是 1985 年，雷根總統無視於幕僚的建議，前往一個充滿納粹禁衛軍的墓地致意。那看起來就像是美國總統被當時的西德總理海爾穆．柯爾操控了；柯爾需要這樣的一個畫面，好安然結束他的政治生涯。當我看到雷根在電視專訪中回答記者問題時，左右搖動且不太協調的模樣，我打了通電話給我的神經外科醫師朋友吉姆．休斯（他同時也熱衷於外交事務），我說：「雷根得了阿茲海默症！」吉姆笑了，他不相信我是認真的、我不是在開開玩笑而已。

失智症前期的警訊

聽起來雖然是很草率的診斷，甚至沒什麼必要性，但我認為我的判斷絕對比一般人更準確。擔任神經心理學家近二十年，我擅長臨床鑑別診斷，研讀、判斷、治療各種影響心智的神經疾病，對我來說如家常便飯。我也做了許多臨床研究，出版科學論文，也撰寫許多與大腦跟心智有關的書籍，在其中介紹了千百種大腦異常的狀況。這讓我那顆診斷腦，在所有人都還沒察覺到雷根總統的症狀前（甚至他本人也沒察覺），就能因他那不和諧的反應而響起警鈴。

我對於雷根總統的預感不久之後果然應驗了。那是他總統任期的最後一天，我在電視上看著喬治．布希總統的就職典禮。雷根從侍衛前面走過，靠近為他準備的華麗皮椅，接下來他幾乎是跌進椅子裡的，而且馬上就陷入睡意，他的頭不斷在胸前點著。

「已經影響到腦幹啦……」

我對自己說。這暗示了掌控清醒機制、好讓我們足夠清醒的腦幹區域已受到影響。此刻我更加確認雷根總統的第二任任期，很可能是在失智症前期的狀態下度過的。

我對雷根總統罹患阿茲海默症的判斷，在他離開白宮後第一次在官方活動出現相關徵兆前便已確定。有一次，我看到雷根討論伊朗門事件的專訪，我對他的反應感到印象深刻與震驚。他坦誠地表示，他對於該事件沒有任何記憶，而對於專訪者丟給他的事件與相關人物名稱，他臉上充滿著困惑與不解。我和多數名嘴的想法相反，我真的認為雷根總統並不是在卸責，也非想要掩飾任何事實。做為一個有經驗的臨床學者，我相信他真的是不記得了。羅納德．雷根總統當時正經歷失智症前期。

不久之後，我單憑電視節目做出的診斷，於一九九四年在梅約診所獲得正式確認，並揭露他的遺傳危險因子（他母親和哥哥也同時罹患了失智症）。這位前總統勇敢公開他的心智狀況，讓我和許多人由衷感到敬佩。而我之前對雷根總統的觀察，是否他當時真的處於失智症發病狀態，或是他還處在「神經退化」或「輕微認知退化」的灰色地帶，只是失智症即將到來的前兆呢？

答案也許只是定義問題，畢竟我們在討論的本來就是大腦逐漸的分崩離析的狀態，而非突然的轉變。雷根的失智症在二○○四年告終，此時大約是在官方確診後十年。然而，我想實際病程應該比十年還要長得多。

失憶不等於完全失去記憶？

失去記憶，用專有名詞表達就是「失憶症」，一直都是神經心理學的關注焦點。毫不意外地， 記憶這麼複雜的機制可以有許多種瓦解方式。人很少會出現完全的失憶。所謂失憶，幾乎都是失去不同部分的記憶，而形成各種不同的失憶症。

在神經心理學領域，「順行性失憶症」和「逆行性失憶症」最大的不同在於：

順行性失憶症是在腦傷後因為難以學習新事物，而無法形成新的記憶。而逆行性失憶症，則是難以回憶起腦傷前所發生的事情。

如果一個人因為去年的車禍使腦部受到傷害，而回憶不起昨天在報紙上讀了什麼，那麼這人很有可能得到順行性失憶症。而如果這人不能想起在車禍前已經工作五年的公司名稱，那麼他很可能得到逆行性失憶症。腦傷後同時得到兩種型態的失憶症不算少見，在這樣的情況下，這位可憐的仁兄將無法回想起他最近所學的事物，也無法回憶起車禍前所發生的事。

以我們現在對順行性失憶症與逆行性失憶症的瞭解，並不一定能夠釐清失憶是發生在車禍後的哪個時間點。如果車禍傷者之前相對健康，於車禍中受到了創傷性腦傷，那麼失憶發生的時間點就很容易釐清。但若患者已罹患失智，那就幾乎不可能釐清失憶的時間點了。畢竟失智的病程本來就相當緩慢，需要好幾年的時間。他或她很可能在很久之前就已經生病了，通常在幾年之前，而很難用月來衡量。

即便失憶症的診斷相當複雜，容易陷入泥沼，但多年來，順行性失憶症和逆行性失憶症的概念，對於神經心理學家與神經學家來說，還是相當有用。這兩種失憶症常常會同時出現，但基於莫名其妙而非有邏輯的理由，順行性失憶症比較受到關注，並且常被認為比逆行性失憶症更常見也更嚴重。

我自己的臨床經歷並不認同這個相當普遍的假設。我認為，我們已看到常見的邏輯謬誤造成的效果，原本缺乏實證的事物，最後卻好像被證明了（因為研究者對於逆行性失憶症，不像對順行性失憶症付出一樣的心力，因此案例較少）。我自己總是對於逆行性失憶症感到好奇，我認為逆行性失憶症提供一道特別的窗口，讓我們能藉此瞭解資訊如何在腦中被整理與儲存。

失憶會從最近的事物開始遺忘

除此之外，逆行性失憶症也能告訴我們更多關於形成長期記憶的時間進程。當腦傷影響到過去的記憶時，並非所有的記憶都受到相同程度的損傷。幾乎無一例外的是，比起較久遠的記憶，近期形成的記憶受到的影響相對較大。我們稱這個現象為具時間梯度的逆行性失憶症。

有些人在車禍中受到較嚴重的頭部傷害，可能會對近一兩個月的事情毫無記憶，嚴重者甚至對車禍前一兩年的事情都想不起來，但十幾二十年前的事情卻很難因此忘記。這樣的狀況和失智症患者的症狀相同。這就是為什麼，當有人只因為自己還記得中小學時代老師的名字就主張自己的記憶沒有變得太差時，這一點說服力也沒有。

一個阿茲海默症患者即便罹病多年，也可能對於很久遠的記憶相當清楚，然而近期發生的事卻在發病初期就已全然遺忘。

具時間梯度的現象，看似相當違逆直覺。多年以前，我對各種不同背景的朋友做了一項調查，要他們猜猜哪些記憶在罹患腦疾後最容易受到影響，是近期記憶還是遠期記憶？我讓他們憑著未受腦科學或神經心理學專業訓練影響前的常識猜猜看，結果他們無一人猜對，全都以為遠端記憶會先受到影響。逆行性失憶症這種違反常識的特性，臨床上對於鑑別腦傷引起的失憶、心理因素引起的失憶（如轉化症）或是純然的裝病，相當重要。

這樣的特性雖然讓毫無準備的一般大眾感到困惑，但同時也讓我們瞭解到長期記憶究竟是花多久時間形成的。如果說只仰賴大腦的迴響作用形成的記憶相當脆弱的話，那麼具有時間梯度的記憶就讓我們有機會去預估形成長期記憶所需要的時間歷程究竟有多長。結果發現，逆行性失憶症能影響到好幾年前，甚至十多年前的記憶。

回收？回縮？被找回來的記憶

目前得知海馬迴電燒術可能會導致逆行性失憶症，使得患者失去近十五年的記憶。這意味著，如果要形成更永久、相對不易破壞且能永久改變大腦結構的長期記憶，可能需要十五年以上的時間。這個過程極緩慢且需要時間逐步疊加，不會一夕之間就形成長期記憶。

長期記憶需要時間緩慢形成，這是其具有時間梯度性的另一個特色――回縮。

現已知道，才剛在災難中受到腦部傷害的患者，常常會突然失去近幾年甚至近十年的記憶。但隨著時間過去，有些記憶會逐漸恢復，而且這些恢復的記憶都會回到原來該有的時間點上。

記憶失去的期間會漸漸回縮（這個用法過於隨興且不優雅，是過去科學家研究記憶時使用的專有名詞，有些科學家隨手寫著「回縮中的逆向性失憶症」或是「回縮中的時間梯度」）。正如逆向性失憶症有違直覺一般，失憶的「回縮」通常也有違大眾的直覺。亦即當記憶回復的時候，遠期記憶會比近期記憶更先回復。但回復的記憶很可能並不完整，有些近期記憶甚至永遠不會回復。

患者失去記憶的嚴重程度和腦受傷程度有關，每一個人都不太一樣。永遠喪失記憶是非常棘手且麻煩的。目前還沒有任何假說或真相藥水，能夠回復已經完全失去的記憶。任何試圖回復記憶的嘗試，都不過是對於神經心理學缺乏理解的表現。

十五年的「記憶」養成計劃

由「收縮中的逆向性失憶症」陸續回復的記憶能讓我們瞭解到，長期記憶的形成需要非常長的時間。

一個記憶形成的時間越久，會回復得越快。那些在腦傷前才剛形成的記憶，則往往脆弱到無法回復，恐怕將永遠消失。

因此，在形成記憶的過程中，最關鍵的阻礙就是時間。要在大腦中形成長期記憶，需要花上數年甚至數十年的時間。既然在物理世界中不存在永動機這種東西，大腦裡的生物電迴路迴響作用可能也持續不了多久，很快就會自行消失。事實上，它們的確在形成後不久就逐漸消失。大多數的迴路迴響作用，在記憶印痕於腦部結構形成之前就已消失不見。大自然看來相當保護永久記憶庫，要改變大腦結構並不容易。那麼又有哪些記憶能夠取得特權，通過神經網絡的艱難挑戰呢？靜待下章分解。

本文摘自《大腦的悖論：一個神經心理學家眼中的老化大腦》，2018年11月，八旗文化出版。