脑科学与教育入门

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小泉英明
高等教育出版社2009-11

“工作记忆”的重要性

  上面所说的这种短时间内记忆又抹去的脑功能是在大脑额叶第46中枢的工作记忆区(working memory)完成的,这一区域处于频繁的工作状态,就像黑板一样。比如做笔算题的情况下,要写下计算步骤,得出最终答案以后,前面的步骤就不需要了,要抹去、丢掉。

  心算更是典型的例子,这时每一个步骤都需要在工作记忆区写“笔记”,就像在黑板上写下备忘的数字,一边记下来一边进行下一步。所以说,工作记忆区在心算时起着非常重要的作用。

  我们对工作记忆区的了解还十分不够,不过最近开始逐渐有所了解了。研究发现,这一区域不仅是一个工作记忆区那么简单,似乎还是非常重要的区域,就像计算机中央处理器(CPU)的心脏部位一样重要。

  我们都知道,电子计算机的计算基础是1、0组合的二进位制,所以我们是通过按键输入“ON(1)”和“OFF(0)”向计算机传达信息的,按下按键或点击鼠标就是在传达“ON(1)”或“OFF(0)”的信息。(小孩子的身心是否会被计算机里的这些自然界完全不存在的东西所侵蚀的问题,要另作讨论)我们可以把二进位计算想象成珠子横向排列成串的一个算盘,每一个珠子的位置代表一个“1”或“0”;也可以想象成跷跷板一端有时在上、有时在下的意思,是一个道理。如果用电信号控制跷跷板运动就是电子学上的“flip-flop”回路,再将多个“跷跷板”排列起来就是一个电子算盘。打算盘时如果有复杂运算的话会中途在算盘一侧打上几个数字,而这几粒珠子就是保存短期记忆的装置。所以,算盘兼具计算和记忆两项功能。

  计算机的中央处理器也是同样的原理,它里面也有一个小容量的记忆装置,发挥着与人脑“工作记忆”类似的功能。以往计算机的基本构造是CPU里的记忆卡要做得尽量小,然后由外部记忆区(RAM:random access memory)承担快速的写进写出工作,设计成这种构造是为了提高芯片的生产效率,有“成本效果”的经济原因。不过,现在最先进的计算机科学正在重新研究这方面的问题。而我所感兴趣的是大脑中央处理器与记忆区之间的关系,脑科学研究已经证明,大脑额叶第46区附近具有将中央处理器和临时记忆装置合二为一的功能。

  研究还证明,人类的记忆是分散存储在大脑各个角落的,“海马区”及其周围区域发挥着重要作用。但是最近的研究又发现,事实不仅如此,将分散存储于大脑不同角落的记忆再次调用出来时是额叶的工作记忆区在起作用。这一点很关键。而且,通过猴子实验证明,这时确实从工作记忆区向额叶前端发送了信号。更近的研究还发现,运动指令最早也是从额头部位的额叶前端发出的。

  由此可见,必须让工作记忆区保持活性和健康,否则就会出现健忘和失忆状况。最近发生过一些典型的青年健忘症问题,二三十岁的人也常常健忘,甚至被带到老年痴呆症专门医院里去就诊。生活过于便利还有可能导致更多这样的事情发生。

  青年健忘症患者也是情况各异的。有的虽然工作繁忙,但其工作有可能用不到大脑额叶功能区,极端情况下就可能患上青年健忘症。担负着中央信息处理与工作记忆以及将存储的记忆调用出来这些功能的区域就是工作记忆区、第46区,大致位于额头的后方,这里有功能障碍就会出现上面的病症,而经常使用就能使动脉血源源不断地运送过来。

  神经活动也是需要能量的,研究表明,神经传递物质产生于神经突触附近,大部分能量也是在这里消耗掉的。神经信息的传递是通过电位应答改变神经细胞的表面电位,即以电流的方式传递的,这当然是需要能量的,不过这个传递过程并不需要特别多的能量,最需要能量的是在神经细胞间隔处形成神经传递物质的过程。

  那么,这些能量是由谁供应的呢?细胞内的能量存储在ATP,即三磷酸腺苷里,它是能量之源,由它运送能量。ATP在细胞的线粒体内产生,线粒体里还有生成ATP的更原始的能量源,即氧气和葡萄糖。葡萄糖在线粒体内被氧化,一步步形成二磷酸腺苷(ADP),然后再加上一个磷酸基形成ATP,能量就存储在这里面。

  葡萄糖和氧气又是从哪儿来的呢?是血液运送来的,由血液中的血红蛋白作为载体运送来的。氧化血红蛋白的正确说法其实不应该是“氧化”,而是“氧气化”,血红蛋白是将氧气“粘贴”在细胞内运送到身体各处的。

  神经活动进行的过程中血液就会送来充满营养的动脉血,换句话来说就是这时有很好的血液循环。血液循环不好时这些地方就会变得越来越僵硬,而常常使用就能改善血液循环,使神经突触保持正常状态和正常功能。于是就能保持额叶区的健康,对预防痴呆非常重要。

  工作记忆区要记住神经活动的许多过程,必须并列处理很多信息,所以,那些需要同时进行的工作就能对额叶功能起到锻炼作用。

  前文说烹饪能够锻炼额叶功能也是因为能够充分使用工作记忆,因为要同时进行多项工作,而且有一个目标,要在某个时间烹饪完成,还要达到最佳口感。这样经常充分地使用工作记忆,还要不停地进行微调。

  此外,烹饪过程中还要经常用大脑的味觉中枢来感知味觉,有时还需要感觉中枢尝尝口味,还有要盛在漂亮的盘子里,以及烹饪过程中有没有问题,颜色好不好看,这些都需要视觉中枢来观察,而烤的火候如何,烧烤的声响,咕咕嘟嘟煮东西的声响则需要耳朵来听。因此,烹饪是一项“五感总动员”的工作,而且各项工作都要为了一个最后的总目标不停地进行微调,能够最大限度地使用额叶。所以说,烹饪是充分使用大脑的典型工作之一。

  实际的研究测试中也发现,人们在烹饪时额叶活动非常剧烈。不仅厨师长如此,日常生活中如果经常做做饭,即便是很简单的饭菜,对大脑也是极好的训练。所以,今后在老年人健康生活研究中还要有一个重要课题,就是如何将某种形式的烹饪活动作为老年人的一种保健手段来推广。