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為什麼我們會把 <3 「腦補」成愛心?——感覺記憶的秘密

波留先生 M. Beaulieu_96
・2021/01/03 ・2820字 ・閱讀時間約 5 分鐘

學習有五到:眼到、口到、耳到、手到和心到(可能還需要鼻到),聽起來雖然有點老掉牙,但不得不說,還是有點科學上的道理。

前面幾項,主要都是透過感官接收外界刺激,進而處理成有用的資訊,然而,不知道你是否有想過,「心到」是怎麼回事?是要很專心還是很用心嗎?

「心到」究竟是什麼?難道是用念力嗎?(誤)圖/giphy

從認知角度來說,大腦為了完成學習的任務,不僅要維持專注度,也得在處理這些刺激的同時參考過去的記憶,好讓我們能做出適當的回應,只是,這類由內部形成的感覺記憶 (sensory memory) 機制為何,一直都不太清楚。

感覺記憶,幫你推開世界的門

我們的大腦裡,存放著各式各樣的感覺記憶,無論視覺、聽覺還是觸覺皆然。有了這項能力,我們就能輕鬆地辨別交通號誌、和朋友談論自己喜歡的搖滾樂、找到衣服上鈕扣的位置,更重要的是,當我們碰到危險的物體時,也能根據記憶裡的經驗,讓自己遠離危險。

大腦裡存放各種感覺記憶,幫助我們遠離危險。圖/Pixabay

簡單來說,感覺記憶的片段使我們能勾勒出這世界的樣貌,也是我們在學習其他事物時的重要依據。

感覺記憶的儲存時間很短,大約是 0.25~4 秒之間不等,且會根據感覺刺激的來源儲存在相應的腦區。

舉例來說,有關「聲音」的訊息,就會存在與初級「聽覺」皮質區,而非初級視覺皮質區,如此一來,大腦便可依據這些訊息的重要性,再決定這些訊息能否成為短期或長期記憶。

畢竟在這個花花世界(?)裡,每天都有太多的資訊要處理,小小一顆大腦能裝的東西卻又相當有限,如果不能從中篩選出有用的消息來源,我們的生活恐怕會一團亂。

接收到的訊息,如何變得有用?

光是分辨出所感覺到的東西是什麼,顯然還是有些不夠的,我們仍需透過更高層次的認知把這些刺激處理成有意義的資訊,才能在未來學習新事物時加以應用。

根據 Open PSYC 所整理的資料,感覺的神經路徑在處理訊息時,會有兩種截然不同的方向——由下而上(Bottom-up)以及由上而下(Top-down)。

接收訊息後,我們仍然需要透過高層次的處理,才能將刺激處理成有用的資訊。圖/giphy

由下而上的處理方式相當直觀,即在感覺刺激進入時馬上就處理,例如,當我們看到隨便一張圖片時,這個路徑就會立刻協助我們接收圖片裡的特徵,但不會賦予它任何意義。

反之,由上而下的處理路徑,則是一種由由認知所驅動的感覺,它能根據我們過去的經驗與當下的情境,協助我們判斷這些東西可能是什麼

  • 筆者按:聽起來很像是大腦分析情報的單位,在接下來的文章中,我們就暱稱它為「內部消息」吧 XD

舉例來說,「<3<3<3」這一串文字,通常不會被理解成「小於三」,而是被腦補成愛心的形狀,然而,同樣的文字出現在「2<3」時,我們就會有另外一層理解。

由上而下的處理路徑,能夠根據過去經驗與當下情境幫助我們判斷訊息,就像是「:)」對我們來說是個可愛的微笑。圖/Unsplash

同樣的道理,有些音樂對我們來說就是音樂而已,但如果你特別將它們設定成手機鈴聲,當音樂響起時,你可能會不自覺地感到緊張,甚至開始找手機。

面對感覺記憶,大腦的處理路徑是?

科學家指出,由下而上與由上而下的處理路徑,兩者的編碼機制非常不同,甚至可以說是完全相反!

過去數十年來,關於「大腦如何處理來自環境的輸入」這類「由下而上」的處理路徑,早有許研究成果,然而,對於「由上而下」這條仰賴經驗的道路,我們倒是沒有太多瞭解。

2020 年 11 月,身為馬克斯.普朗克大腦研究所研究小組的負責人,萊茲克斯(Johannes Letzkus)與一群科學家透過小鼠的實驗,解開了內部消息傳遞路徑的一部分秘密,並將結果發表在《科學》(Science)期刊。

我們究竟是如何感知並判讀這個世界?先從處理訊息的路徑開始研究吧!圖/Pixabay

在開始這項實驗之前,根據以往的研究成果,研究小組已經知道,傳遞內部消息的關鍵路徑很有可能是「新皮質最外層到高階視丘(thalamus)」。

為了確認這一條路徑到底是不是內部消息的主要傳遞路徑,研究第一作者帕迪(Belén Pardi)與團隊開始設計實驗,讓小鼠學習感受威脅,並且在學習的前、後測量牠們視丘的突觸反應。

結果發現,雖說這個路徑也會針對「與學習無關、短暫且微小的刺激」進行編碼,但經過學習後,卻會大幅增強這個路徑的活動,而且隨著時間的推移,訊號會變得更快、更持久。

馬克斯.普朗克大腦研究所指出,在新皮質 (neocortex) 的最上層中,會由視丘的突觸 (橘色) 傳遞跟記憶有關的資訊,而藍色的神經元就像是守門員一樣,會控制、微調這些訊息和突觸。圖/MPI f. Brain Research

此外,帕迪所在的團隊也與德國柏林工業大學(Technische Universität Berlin)史普雷克勒(Henning Sprekeler)的團隊合作建立計算模型,發現在由上而下的編碼機制中,可讓訊息於經過路徑的過程中被「微調」,換句話說,新皮質外層某些特殊神經元,在這個過程中扮演訊號守門員的角色。

總而言之,這條路徑可能與內部消息有關聯性,而且在傳遞的過程中,新皮質外層的某些特殊神經元就像是守門員一樣,會微調這些訊息。至於這條路徑是不是「主要的」傳遞路徑,還有待科學家進一步證實。

感覺資訊處理的一線曙光

為什麼科學家需要這麼努力解開感覺資訊的秘密呢?

對人類來說,「大腦如何處理過往感覺經驗的訊號」是相當重要的事情,在自閉症和精神分裂症等腦部疾病中,由於這類訊號被干擾,使得他們的日常生活功能受到很大的影響。

未來,期待科學家能在這個研究的基礎上,確認內部消息的主要來源,並設計出有效的治療方案。

參考資料

  1. M. Belén Pardi et al., A thalamocortical top-down circuit for associative memory, Science, Vol. 370, Issue 6518, pp. 844-848, 13 Nov 2020.
  2. From the inside out – how the brain forms sensory memories, Max Planck Gesellschaft, 13 Nov 2020.
  3. Kendra Cherry, Sensory Memory Types and Experiments, Verywell Mind, 1 Aug 2020.
  4. Michael Puskar, What Sensory Memory Is And Why It’s Important, BetterHelp, 15 July 2020.
  5. Scott Roberts, Ryan Curtis, and Dylan Selterman, Bottom-up vs Top-down Processing, Open PSYC, 06-G.
  6. Sensory memory, Wikipedia.

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