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大腦其實略懂「預知未來」?NATURE 新發表在視覺皮質發現「預測性編碼」的關鍵拼圖

活躍星系核_96
・2020/05/21 ・3644字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 585 ・九年級

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  • 文/V. 瓦西里耶夫│日內瓦大學博士後研究員,23 歲獨自背著背包從亞洲跨越俄國歐洲來到美國,28 歲取得神經科學博士後重新回到路上;始終更喜歡穿梭亂入各種不同形貌的生活,浪跡各大洲 100 多個國家以尋找寫小說的靈感。撰寫臉書部落格「瑞士豬尾巴・神經科學界的V

一個畫面可以有多種解讀,真相永遠只有一個

很多時候,我們所見到的,與大腦對於這個世界的預期有著緊密的連結。用 Kanizsa 三角作為示範,即便我們可以確定此圖形僅是由三個缺角的實心圓形和三個銳角邊緣所組成,我們卻不可否認地知覺到一個白色的倒三角形,位於三個黑球和一個黑框正三角形之前,即便它不存在著可明確眼見的邊界。

Kanizsa三角是錯覺輪廓中的著名例子,通過幾何排列,讓人感知到白色三角形的存在。圖:Wikipedia

這個現象最早是由義大利心理學家 Gaetano Kanizsa 所描述,可謂「心有所想,目有所見」的範例。

過去有段時間裡,興起於 20 世紀德國的格式塔學派,又稱為完形心理學,將此現象歸功於人腦專司將感覺訊息彙整成最具完整性的運作原理;然而直到近代神經科學的蓬勃發展,才使得過去無法從生物上去證明的假說得以受到研究與辯論。

然而神經科學又是如何解釋:為何我們都看到白色的倒三角形,而不是其他各種可能的組合,例如一個白色正三角形周邊圍繞著三個小精靈(Pac-Man),抑或是一個異色六芒星前置於三個黑球?這也許涉及了大腦如何運作的終極大哉問。

大腦很在意外部感覺輸入和內部預期的落差

早在神經科學家能夠記錄神經元的訊號,並且發現大腦內有大量對於視野中移動訊息產生反應的神經元,過去的科學家就已經假設了人腦有偵測物體移動的能力;然而神奇的是,在我們用眼睛掃射周邊的當下並不會產生世界移動了的感覺。赫爾曼.馮.亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz)於是推測,眼球運動期間沒有移動知覺,是由於自發眼球運動的訊號抵銷了整個世界在視網膜上產生的移動訊息;相對的,如果我們使用外力推動眼球,整個世界往反方向移動的知覺就會產生。這就是一個用行為實驗推敲大腦運作法則的成功案例。

一年多前,Georg B. Keller 和 Thomas D. Mrsic-Flogel 在這一篇文獻回顧中1清楚闡明了大腦對於外在環境的預測處理可作為解釋多重大腦功能的框架:皮質中負責預測誤差的神經元、負責內部表徵的神經元和其他抑制性的神經元合力組成了一個標準的計算單元

高級動物的大腦皮層是包裹在腦外側的連通皮狀結構,其中各類神經元共同組成標準的計算單元。圖:Wikipedia

而過去十年間,在小鼠初級視皮層的研究已經產出了許多支持的證據:部分神經元會受到不符合預期的光流(optical flow)大量活化,或者對於不符合預期的視覺刺激而劇烈反應。 而這些個別的結果都正逐步完成預測處理的理論藍圖。

大腦資訊傳播的另一種可能:預測性編碼

起源於計算機領域,預測性編碼(Predictive Coding)在神經系統的應用,是由 Rajesh P. N. Rao和Dana H. Ballard 所提出的2神經系統的連結在適應了外界規則後,會在各個階層比較訊息中沒有被預期的成分,並將這個精簡化的結果向上傳輸。

更且,在這篇論文中,他們利用電腦模擬建立以此前提而連結的多層次神經網絡,在讓這個模型對自然場景進行學習後,他們在初階層級發現的網路節點,與生物學家在視覺皮質中所記錄到的神經元,表現出相似的行為反應,例如對角度與明暗邊界的選擇性。

預測性編碼的優勢在於可以大量減少冗餘的資訊處理,僅僅傳輸跟預期不同的部分,並高效率地應用神經元有限的訊息傳遞量;畢竟自然環境中的信號大部分都是可預期的,而大腦在短暫瞬間可以處理的訊息量卻是有限的。

預測性編碼的優勢是精簡冗餘的資訊處理,能夠高效率應用神經元的訊息傳遞。圖:Wikipedia

即便過去科學家們經由神經生理紀錄而推理出「前饋(Feedforward)主導神經編碼」,即感覺訊號從周邊系統單向傳輸到大腦初級皮質進行加工;繼而認定感官系統的工作就是在大量冗餘的訊息裡篩選偵測出關鍵的訊息,例如邊界、物件甚至語義的表徵;然而在研究成果推陳出新之後,是時候討論預測性編碼的可能了。

NATURE: 科學家發現關鍵的一塊拼圖

近日,位在加州大學舊金山分校 Massimo Scanziani 的實驗室中,Andreas J. Keller 與其同僚在最富盛名的科學期刊《自然》上發表了一系列驚動感覺神經學界的研究成果3

一切始於 David H. Hubel 和 Torsten Wiesel 在五零年代研究貓的視覺皮質而發現「感受野」(Receptive Field),也就是視覺刺激能激發神經元活性的空間區域;並因此獲得 1981 年諾貝爾生理醫學獎的肯定。自此以後,通過研究從感覺器官一路向大腦傳輸訊息的經典前饋感受野,就成了感覺神經學界的圭臬。傳統經典的神經科學認為大腦的訊息傳播,類似於最早期計算機科學中的類神經網路,控制參數只會從輸入層向輸出層單向傳播,而不會反向傳播。

然而,這樣一套訊息處理的機制不免陷入對於反饋(Feedback)功能解釋模糊或者冗餘過剩的問題。

在Andreas J. Keller新發表的論文中,作者發現來自高級視覺皮層的反饋,在傳輸到小鼠初級視覺皮層中的興奮性神經元之後會產生另一個從未被找到的反饋感受野。除了在視野部分與前饋感受野互補,反應也相對緩慢;更重要的是,這個反饋感受野和前饋感受野有著拮抗的特徵,也就是神經只會對於其中一方存在時有所反應。因此,反饋感受野使得神經元能夠使用前饋感受野原先所無法偵測的周邊訊息作比較,並向上層報告整個視覺空間中刺激特徵的差異,而這就恰巧是預測性編碼的核心價值。

作者們在實驗方法上使用雙光子鈣成像技術,在頭部固定的清醒小鼠之初級視覺皮層記錄神經活性,並用改變大小的古典光柵視覺刺激(下圖上)來測量前饋感受野;其後再反其道而行地用一個全場光柵,其中一部分被灰色圓形遮蓋而產生反向刺激的方式(下圖下),測量反饋感受野。

圖源:Feedback Generates a Second Receptive Field in Neurons of Visual Cortex

前饋感受野和反饋感受野在受到均勻刺激時相互拮抗的現象,使其可被視作皮質中負責預測誤差的神經元;而預測性編碼迴路中關鍵的抑制性調節,將可能由其他鄰近的抑制性神經元處理。於是作者使用基因轉殖小鼠的技術標定了帶有三種不同基因的抑制性神經元群集:即小白蛋白(PV),血管活性腸肽(VIP)和生長素抑制因子(SOM);繼而發現反饋感受野只存在於表現出小白蛋白和血管活性腸肽的抑制性神經元中,因此證明表現出生長素抑制因子的抑制性神經元所扮演的拮抗調節腳色。

最後,作者使用抑制性光遺傳學技術(Optogenetics),將對光敏感的離子通道表現在欲控制的神經元上,並使用雷射加以個別操弄,選擇性關閉個別高級視覺區域的活性,繼而證明反饋感受野的訊息傳遞,是源自特定高級視覺區域的反饋而非來自視覺感官的前饋迴路。

總結來說,此研究中應用多種神經科學的新興技術,除了使用神經造影以及電生理紀錄來偵測大腦活性,更應用光遺傳學來操弄大腦活動以達成因果的討論,大大增加了支持證據的可信度。而此篇論文的重要性在於完成了預測性編碼理論的最後一塊關鍵拼圖,將此理論融合到了神經科學界最廣為研究的視覺皮質系統之中,因此將對於未來領域的發展有著革命性的影響力。

作者怎麼從幻想三角形看到未來呢?

回到最初關於 Kanizsa 三角的解釋,Keller 談到:「簡而言之,根據自然圖像的統計數據對我們視覺系統所進行的訓練,大腦的內部表徵是傾向偵測到完整的圖像之間互相受到遮蔽,而非四散的小精靈和銳角圖形。因此,當視覺皮層中的神經元沒有偵測到任何東西出現在前饋感受野時,就會根據周圍的刺激,即反饋感受野中的刺激做出最佳猜測。」

視覺皮層為大腦皮層中主要負責處理視覺訊息的部分,位於大腦後部的枕葉,圖為其中的初級視皮層、背側流和腹側流。圖:Wikipedia

而在古典的前饋式神經迴路架構之下,視覺皮層中的神經元就像一個個的空間過濾器,針對已存在於視野的部分邊界進行處理,而後經由複雜的周邊連結優先補足倒三角形的虛幻邊緣,才能在高級視覺區域突破雜訊繼而偵測到它的存在。然而這說法卻是有違直覺的;畢竟,我是無法說服自己有看到白色倒三角形的邊界,卻又無法否定它的存在。

「大腦擁有對世界的內部表徵,其最大好處是讓我們可以『預測未來』。不僅可以預期自體運動所造成的後果,更可以預測其他主體的物理屬性與動態。」Keller說道。也許在大腦持續演化的情況下,預知更長遠的未來也不無可能呢!

感謝

之所以有機會為這篇研究撰寫新聞稿,是基於論文作者與筆者私交甚篤而在發表前所分享的內容。預祝他很快就能在瑞士擁有自己的實驗室!

原始論文

  1. Keller, G. B. & Mrsic-Flogel, T. D. Predictive Processing: A Canonical Cortical Computation. Neuron 100, 424–435 (2018).
  2. Rao, R. P. & Ballard, D. H. Predictive coding in the visual cortex: a functional interpretation of some extra-classical receptive field effects. Nat. Neurosci. 2, 79–87 (1999).
  3. Keller, A.J., Roth, M.M. & Scanziani, M. Feedback generates a second receptive field in neurons of the visual cortex. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2319-4
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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選擇延焦段人工水晶體,同時矯正散光與白內障
careonline_96
・2022/11/15 ・1967字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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「醫師,我看東西越來越模糊。」老太太抱怨說,「尤其是晚上開車,對向車燈照過來的時候,眩光會很厲害,現在都不太敢開車。」

做完檢查後,醫師說,「你的白內障已經熟了,建議要安排開刀處理喔。」

「開完刀後,晚上有辦法開車嗎?會不會眩光?」老太太問,「我的鄰居當時是換多焦點人工水晶體,他說晚上開車很容易眩光。」

「現在的人工水晶體有很多種,我們可以根據用眼需求、是否有散光,來挑選合適的人工水晶體。」醫師仔細說明。

隨著年紀增長,我們眼睛的水晶體會漸漸老化、混濁,影響光線進入。高雄同喬眼科診所李永誠醫師指出,透過手術移除老化水晶體,並放入人工水晶體,才能夠讓患者恢復視力。

有經驗的醫療團隊能夠精準、有效率地執行手術。李永誠醫師說,那位老太太選擇使用延焦段散光人工水晶體,同時矯正白內障與散光。術後,患者的視力獲得明顯的改善,平時不太需要戴眼鏡就能駕車、旅遊,讓她相當開心。

在白內障手術前,醫師會仔細檢查視力,並了解患者的用眼需求、生活習慣、是否有散光、是否在夜間開車等,幫助挑選合適的人工水晶體。李永誠醫師說,如果人工水晶體不符合患者的需求,在手術一個月內,還有機會重新置換,若超過一個月,就比較難處理。所以在手術前,務必充分溝通,謹慎挑選人工水晶體。

延長視覺景深提升日常方便性

傳統單焦點人工水晶體只能提供遠距離清晰視力,中近距離需要戴眼鏡輔助。李永誠醫師說,延焦段人工水晶體可以提供遠距離清晰視力,並延長視覺景深,改善中距離視力,對於日常生活較為方便。

在居家生活中,其實大部分是中距離的視力需求,例如開車看儀表板、看導航,或是切菜、煮飯、打電腦、打麻將等,延焦段人工水晶體可以滿足多數人的用眼需求。

針對有夜間用眼需求、或是對於光學干擾比較敏感的人,延焦段人工水晶體也可以降低光學干擾,較不會有眩光或光暈的問題。李永誠醫師說,多焦點人工水晶體較會有光學干擾的問題,所以在夜間開車時,路燈或對向車燈會呈現一圈一圈的影像,可能影響行車安全。

同時矯正散光與白內障,提升生活品質

近視、散光是成年人常見的屈光問題,都會導致視力模糊。李永誠醫師說,現在的白內障手術等於是屈光矯正白內障手術,能夠在矯正白內障時,把患者原本的散光、近視、遠視、老花等問題,透過人工水晶體置換,一併改善。

「白內障患者之中,大概有 30%,甚至多達 50% 的患者具有散光度數,」李永誠醫師說,「如果矯正白內障,卻沒有矯正散光,術後的視力、視覺品質都沒有辦法達到理想的狀態。一般都會建議同時處理白內障和散光,才能在術後獲得較佳的視力,也可以減少手術後還需要配戴眼鏡的需求,提升生活品質與方便性。」

延焦段散光人工水晶體,可以同時解決白內障和散光的問題,李永誠醫師說,透過散光矯正科技,確保達到穩定的散光矯正效果,中距離視力能夠貼近日常生活需求,提供給患者日間方便、夜間安全的視覺品質。

貼心小提醒

隨著年紀增長,大部分的人都會漸漸出現白內障,李永誠醫師說,平時應避免長期暴露在強光、紫外線下,從事戶外活動時,請記得戴帽子、太陽眼鏡。日常生活中要避免用眼過度,不要長時間使用 3C 用品,不要在燈光不足的情況下滑手機、長時間追劇。

飲食方面建議多攝取蔬菜、水果,盡量避免抽菸、喝酒。李永誠醫師叮嚀,糖尿病患者,請記得定期到眼科檢查眼睛。

白內障可能會導致視力模糊、昏黃,如果白內障已經影響到視力,干擾到日常生活,就要跟眼科醫師討論是否需要進行白內障手術,利用合適的人工水晶體,讓生活能夠方便又安全。

careonline_96
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真的能「感同身受」嗎?我感受到了你的感受——《我是誰》
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・2022/11/11 ・2543字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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感同身受真的存在嗎?

有些人在看到卡爾.梅(Karl May)的小說拍成的電影裡溫尼圖(Winnetou)死去的那一刻掉下淚來;有些人為電影《油炸綠番茄》裡蘿絲(Roth)的死而哭;還有一些人在看到小說《哈利波特》裡鄧不利多(Dumbledore)教授被殺時流淚。

我們在看悲傷的電影或書的時候會哭,是因為我們設身處地去想像故事裡那些英雄們的感覺,彷彿他們的痛苦就是我們自己切身的痛苦一般;我們跟著笑,我們也為影片中的怪物和心理變態情節感到害怕,就好像他們威脅到了我們一樣。

我們在電影或書的時候會跟著劇情有情緒起伏,是因為我們設身處地去想像故事裡那些英雄們的感覺。圖/pixabay

這些是每個人都有過的經驗,但它們是如何產生的呢?為什麼我們能夠了解他人的感覺?為什麼我們會在電影院裡起雞皮疙瘩,雖然在那裡一點也不危險?為什麼他人的感覺會感染到我身上呢?

答案很簡單:我們能夠感同身受,是因為他人(在現實世界或電影裡)的感覺喚起了我們心中相同的感覺;而這很可能不僅存在於人類。

根據德瓦爾在麥迪森研究中心的觀察,母獼猴法恩的姊姊顯然也感覺到法恩的痛苦和恐懼。然而,即使能與他人「感同身受」或「心有戚戚焉」是如此理所當然,對科學界來說,直到近幾年,這仍是個完全無解的謎。令人驚訝的是,第一位提出具有科學說服力的學者,在其所屬的專業領域之外仍然鮮為人知。

腦部研究的佼佼者:賈科莫.里佐拉蒂

賈科莫.里佐拉蒂(Giacomo Rizzolatti)經常被人們和愛因斯坦相提並論:蓬亂的白髮、嘴上同樣蓄著的白鬍子,以及臉上狡黠的微笑。不過他們的相似處不僅止於外表。

賈科莫.里佐拉蒂。圖/Wikipedia

對許多腦部學者來說,這位活潑開朗的義大利人是學界裡的佼佼者;他將腦部研究推向一個新的層次。不過,他的研究領域並不是最熱門的。里佐拉蒂探究控制行為的神經細胞,即所謂的行為神經元,已經超過 20 年了。

這個比較無趣的領域,因為啟動行為的「運動皮質」始終被視為比較遲鈍的腦區。大部分的學者都想:如果我們能夠研究像語言、智力或感覺等複雜的領域,又何必對簡單的肢體動作感興趣呢?

看來似乎是如此。不過,情況在 1992 年有所轉變,而且這個轉變令大家都跌破眼鏡。里佐拉蒂工作的所在地帕瑪(Parma)是歐洲最古老的大學,位於城市邊緣的醫學院卻是個非常前衛的雪白色建築樓群。

1990 年代初期,里佐拉蒂身邊的腦部學者從事一項很不尋常的研究。他們知道,特定的行為具有「傳染」的效果,發笑、打哈欠、甚至談話者的身體姿勢,都能立刻引起對方的模仿。在某些猿猴也出現相同的現象,某些種類甚至以喜歡模仿聞名。

不過研究人員偏偏決定以一種一般來說不會模仿同伴的豬尾獼猴作為研究對象。里佐拉蒂和幾位較年輕的同事伽列賽(Gallese)、佛格西(Fogassi)和迪派勒吉諾(di Pellegrino),將電極接到一隻豬尾獼猴的腦部,然後把一粒核桃放在地上,並觀察當猴子快速伸手抓取核桃時某個行為神經元如何反應。

研究者將電極接到一隻豬尾獼猴的腦部,然後把一粒核桃放在地上,並觀察當猴子快速伸手抓取核桃時某個行為神經元如何反應。圖/Wikipedia

鏡像神經元的發現

至此一切都算正常,不過,這時驚人的情況發生了:研究人員把同一隻猴子放到一片玻璃後方,這次牠抓不到核桃了,只能眼睜睜看著里佐拉蒂的助手伸手抓取核桃。這時猴子的腦部發生了什麼現象呢? 當牠注視別人拿牠的核桃時,相同的神經元產生反應,就像牠之前自己伸手去抓核桃一樣,雖然牠的手並沒有移動,牠的精神卻想像了這個動作。

科學家們無法相信自己所看到的:無論猴子是親手完成某個動作,亦或只是精神想像了訓練師所做的動作,其神經細胞都做了完全一樣的工作。

在此之前,從未有人觀察腦部如何模擬現實裡沒有發生的動作,而李奧那多.佛格西(Leonardo Fogassi)則是第一人。不過成功應該是屬於整個團隊的。里佐拉蒂發明一個新的概念,他把這個在被動想像時卻如真實行為般於腦部引發相同反應的神經細胞稱為「鏡像神經元」,一個新的神奇術語就此誕生了。

「親身經歷」和「感同身受」的差別

首先是義大利,接著是全世界大學和研究中心的腦部學者,都立刻投入鏡像神經元的研究行列。如果人的腦部對於我們的「親身經歷」和只是「認真觀察並感同身受」的反應沒有差別的話,那麼這不正是了解我們社會行為的關鍵嗎?

至少鏡像神經元是其中一個重要部分。它位於額葉的前額葉皮質,一個稱為「腦島」的區域。然而這個腦島卻不同於「社會中心」,也就是到目前為止所說的「腹側區」。

大腦額葉和頂葉的位置,從左側看。額下葉是藍色區域的下部,頂葉上葉是黃色區域的上部。圖/Wikipedia

其中的差別也很清楚,因為鏡像神經元雖然和無意識的「移情作用」有關,卻和更大範圍的計畫、決定或意願無關。到目前為止,我們還不很清楚這些腦區如何交互作用。

里佐拉蒂於 6 年前以圖像程序說明,人類的鏡像神經元顯然也位於負責語言的兩個腦區之一(布羅卡區)附近,這使得學界特別振奮。

荷蘭格羅寧根(Groningen)大學的腦部學者不久前在「聽到聲響」和「鏡像神經元發出信號」之間發現了有趣的關聯。當人聽到開飲料罐氣泡冒出的聲音時,腦中的反應就跟他自己開飲料罐完全一樣;也就是說,單憑聲音就足以讓人經歷到整個情況。

——本文摘自《我是誰:對自我意識與「生而為人」的哲學思考》,2022 年 10 月,啟示出版,未經同意請勿轉載。

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覺得自己忘東忘西,怕是大腦老化?其實只是記憶超載,導致資訊編寫失敗——《顛峰心智》
大塊文化_96
・2022/10/31 ・2810字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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我婆婆最近打電話給我,說她有點害怕自己的記憶出了毛病。隨著年紀增長,她愈來愈常因為難以專注而感到沮喪。她認為這可能代表她哪裡出了問題,所以很緊張。我問她最近發生了什麼事。

她開始描述前一天去購物的經過。她開車去超市途中才發現自己忘了拿購物清單,於是在腦中回想要買的東西。到了超市她停好車,下車,記住車位,然後進超市購物,買完後再把購物車推到車子邊。但是她把東西搬進行李廂時,她發現車身有一道刮痕,不由得生起自己的氣。什麼時候刮到的?她竟然沒發現!

她想著那道刮痕,先去還手推車,然後坐上車,這才發現這輛車是手排車,而她的車是自排車。

她上錯車了。

應該很多人都有遇過,在賣場裡忘記自己車子停哪的情況。 圖/envato.elements

後來,她在同一排車位過去兩格找到了自己的車(一模一樣的車款和顏色,只是沒有刮痕),困窘地把東西移上車。她說完之後,我們都笑了——她竟然從頭到尾弄錯了車子!

我跟她說,我不認為她的記憶出了問題,或者這跟大腦老化有關。

大腦確實跟其他器官一樣會老化,部分大腦會變薄,密度變低,包括海馬迴和形成清楚記憶所需的其他內側顳葉結構。老化確實會讓記憶出問題。但是在這個事件裡,她的白板只是超載罷了。停車時,她一面在複習忘了帶的購物清單,以為自己記住了車子的位置,其實她的白板塞了太多東西,已經沒有多餘的空間。

很多我們以為跟記憶和老化有關的問題,其實是別的原因造成的。問題不在於你「記憶變差」,而是「你不夠專注,導致記憶編寫失敗」。

這個故事告訴我們一件事:記住車子停哪裡不是你想長期記住的事。

忘東忘西不一定是因為大腦老化,也可能是大腦判定那則訊息不需要被記住。 圖/envato.elements

事實上,這正好是你希望自己能夠忘記的一個例子。想像你可以記住每次停車的位置,於是每次從雜貨店出來,都得過濾一遍所有的停車位。記憶力跟專注力一樣,必須具有過濾功能,挑選哪些相關、哪些不相關,哪些該凸顯、哪些該捨棄。

我舉這個例子,只是要說明工作記憶塞得太滿,可能有礙資訊以有效的方式存入長期記憶。

再者,要是工作記憶超載,你需要用到長期記憶裡的內容時,就不一定能提取成功。美國近代史上最致命的一次「誤擊」,就是這個原因。

壓力過大也可能導致大腦提取失敗,想不起來

二○○二年,阿富汗戰爭戰火正熾,一名美國軍人利用全球衛星定位系統(GPS),將重達兩千磅的炸彈導向預定目標:反叛軍的前哨基地。這個系統的運作方式是,先在營地將空襲目標的座標輸入 GPS 手持系統,之後炸彈就會落在確切的位置上。然而,發動空襲之前,他發現 GPS 快沒電了,於是他先換了電池才送出發射座標——結果飛彈落在他自己部隊的位置。

這是怎麼回事?

GPS 系統一旦更換電池,系統重新啟動的預設畫面會顯示自身位置的座標。負責操作該系統的士兵本來就知道這點,也受過多次訓練。換過電池後,你必須重新輸入發射座標。這項資訊儲存在他的長期記憶裡,他複習過很多次。但不知什麼原因,這個資訊沒有在他需要時「載入」他的白板。

他看著錯誤的座標並將它送出,當天很多人因此喪命。問題就出在,這名士兵的長期記憶和工作記憶之間連結失敗。我只能大致猜測,但原因可能簡單到令人心痛:工作記憶若是因為壓力導致的大腦神遊而超載,那麼資訊可能無法在你最需要的時候浮現腦海。

在壓力下,可能導致大腦神遊而超載,資訊可能無法在你最需要的時候浮現。 圖/envato.elements

這個例子很極端,但任何人在編寫和提取記憶的過程中,都可能有類似的失敗經驗。編寫和提取記憶的過程包含許多步驟,每一個都需要用到專注力以及工作記憶。

如何創造記憶

記住一件事有三個關鍵步驟。

第一是複誦(rehearsal),描繪你要記住的內容,例如新同事自我介紹時報上的名字、職業訓練時得知的重要資訊、美好經驗的種種細節。在學校裡,用字卡背單字就是一種複誦。回味開心時刻的點點滴滴(兒女婚禮上的敬酒、蛋糕的味道),也是複誦。即使是不自覺回想起痛苦或尷尬的時刻,(很不幸地)也會變成一種複誦。

描繪你要記住內容,就如同複誦,可以幫助記憶。 圖/GIPHY

第二是精緻化(elaboration)。類似於複誦,這需要將新經驗或新知識跟既有的記憶或知識連起來。若你原本就擁有一定的知識基礎,能夠儲存的記憶會更深刻。

舉例來說,想像一隻章魚。現在我告訴你:章魚有三個心臟。如果你不是本來就知道,你讀到這裡會把這項新知跟腦中既有的章魚形象綁在一起。下次你在水族館或電視節目上看到章魚,你或許會突然想起這件事,對旁人說:「你知道章魚有三個心臟嗎?」

最後是固化(consolidation)。執行了以上兩種功能,記憶就會固化,直到最後被儲存起來。大腦重播資訊時,就是在鋪設新的神經路徑並複習路徑,鞏固新的連結。

基本上,資訊是這樣從工作記憶變成了長期記憶:大腦的結構產生改變,鞏固特定的神經表現(neural representation),而這需要非強制的自發性想法才能辦到。所以我們認為讓大腦休息和睡眠都很重要,因為那都是記憶固化的機會。

適當休息與睡眠,也可以幫助固化記憶。 圖/GIPHY

這也是我們的大腦會神遊的部分原因。大腦之所以四處遊蕩,跟大腦重播經驗時引起的神經活動有關。重播愈多次,雜訊就會消失,留下清晰的訊號,形成大腦的記憶痕跡。

假如你的專注力時常被占據,大腦完全沒有空閒讓自發性想法浮現,你可能正在破壞工作記憶和長期記憶之間的連結。重要的固化過程也無法正常運作。

——本文摘自《顛峰心智:每天練習 12 分鐘,毫不費力,攀上專注力高峰》,2022 年 10 月,大塊文化出版,未經同意請勿轉載。

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由郝明義先生創辦於1996年,旗下擁有大辣出版、網路與書、image3 等品牌。出版領域除了涵括文學(fiction)與非文學(non-fiction)多重領域,尤其在圖像語言的領域長期耕耘不同類別出版品,不但出版幾米、蔡志忠、鄭問、李瑾倫、小莊、張妙如、徐玫怡等作品豐富的作品,得到讀者熱切的回應,更把這些作家的出版品推廣到國際市場,以及銷售影視版權、周邊產品的能力與經驗。