学习与记忆导论

学习和记忆是两种密切相关的认知功能，对于我们以有意义的方式与世界互动至关重要。学习是获取有关世界新信息的过程。记忆则是对这些信息的保留或存储，例如一串数字。

本视频简要概述了学习与记忆领域的基本概念，介绍了该领域科学家关注的关键问题，描述了一些重要的研究方法，最后讨论了这些领域中的实际实验。

首先，让我们探讨一些区分不同类型学习与记忆的概念。

研究表明，学习可分为两大类别。第一类是非联合学习，即通过单次或重复暴露于某种刺激来学习该刺激的特性。这种学习通常表现为两种形式之一。

第一种形式称为习惯化，指在反复呈现某一刺激后，对该刺激的反应减弱或降低。在此示例中，小鼠在多次听到巨大噪音后，其反应逐渐减弱。

第二种形式称为敏化，指在经历一次强烈或有害刺激后，对多种不同刺激的反应增强。在此示例中，小鼠暴露于一种响亮且有害的声音后，即使面对轻柔、更悦耳的声音仍持续表现出惊吓反应。这表明它已学会将所有声音都视为不愉快的刺激。

学习的第二类主要形式是联合学习，即在两个刺激之间，或在某种行为与刺激之间建立关联。

第一种形式是操作性条件反射，通过强化和惩罚来改变刺激与行为之间的关联。在此示例中，鸽子学会了每当出现绿色刺激时便啄击右侧的盒子，以获得食物奖励。换句话说，正确的啄击行为得到了正向强化。

第二种形式是经典条件反射，也称“巴甫洛夫式”条件反射，指将一个中性刺激（如声音）与一个强烈刺激（如电击）配对，从而引发一种刻板行为。在此示例中，小鼠学会了将中性刺激（巨大噪音）与强烈的电击刺激联系起来，导致小鼠出现跳跃反应。

经过条件化训练后，小鼠仅听到中性音调刺激时便会停止运动或“僵直”，以预期即将到来的电击。在此图中，黑色线条表明：与仅听过音调的小鼠相比，经过音调-电击配对训练的小鼠在之后单独听到音调时表现出更强的僵直反应。

对记忆的研究也表明，记忆可分为两种主要类型。短期记忆，又称工作记忆，其功能类似于草稿纸，用于暂时存储信息（例如记忆一串数字），以便完成某项任务（如复述这些数字），随后便将信息丢弃。

长期记忆则用于存储持续数天、数周甚至终生的信息。长期记忆的一个亚型是外显记忆或称陈述性记忆。这类记忆是可被意识觉察的回忆，可以是特定事件的 episodic 记忆（如某次聚会），也可以是对所学主题特定知识的语义记忆。

第二个亚型是内隐记忆或称程序性记忆，其表达无需意识参与。例如，在平衡木上保持平衡这类复杂动作的运动记忆即为此类。

了解了学习与记忆的一些概念之后，让我们来探讨行为科学家提出的一些关键科学问题。

一些科学家关注个体所处环境如何影响学习与记忆。他们可能会探究情绪如何影响学习与记忆的表现。研究表明，情绪性图像比中性图像更容易被记住。科学家还可能研究睡眠是否有助于记忆巩固。在本项研究中，训练后睡眠的参与者比未睡眠的参与者表现出更好的记忆效果，这一点可通过红、灰两条线的差异看出。

其他研究人员则致力于确定学习与记忆的功能性与分子机制。他们可能探究在特定学习与记忆任务期间，哪些脑区（图中黄色区域）被激活，以及这些脑区之间的相互关系。

一些研究人员在其他动物（如啮齿类、鸟类和果蝇）中研究学习与记忆。通过动物研究，可深入了解调控人类学习与记忆形成的生理过程，例如神经元活动以及特定分子的参与。

学习与记忆研究中的一个重要问题是弄清随着年龄增长所发生的变化。众所周知，记忆能力与保持能力随年龄增长而下降。因此，科学家正积极致力于揭示减轻衰老对学习与记忆影响的方法。

在了解了关于学习与记忆的一些关键科学问题之后，接下来我们来看一看行为科学家常用的一些重要研究方法。

目前有多种行为学测试方法可用于研究人类和啮齿类动物的学习与记忆。其中一种常用于研究经典条件反射的测试是恐惧条件化实验，在此处展示的例子中，小鼠学会了将某种声音与足部电击联系起来。

水迷宫或干迷宫被广泛用于研究操作性条件反射和空间记忆。在此例中，大鼠已学会根据提示信号移动到迷宫中的相应位置。

短期记忆，即工作记忆，可通过一种称为N-back任务的方法进行评估，受试者需要判断当前呈现的图像是否曾在n个图像之前出现过。重复图像之间的间隔图像越多，记忆难度就越大。

行为科学家还关注支持学习与记忆的脑机制。

如今已有多种非侵入性方法可用于研究神经相关性。功能性磁共振成像（fMRI）通过检测脑区血氧水平变化来间接反映脑活动。脑磁图（MEG）则通过记录脑内电活动所产生的磁场变化来绘制脑活动图谱。

行为科学家用于评估学习与记忆任务中脑活动的另一种方法是脑电图（EEG），该技术利用置于颅骨表面的电极来监测全脑范围内的电活动。

了解了研究学习与记忆的主要方法后，让我们来看一些实际的实验。

一个研究方向是弄清楚衰老对学习和记忆的影响及可能的干预措施。在此类研究中，一些科学家采用迷宫中的路径学习任务，测试不同年龄的小鼠。记录小鼠完成迷宫所需的时间和所选择的路径。结果显示，老年小鼠（以黑色柱表示）学会正确路径所需的天数几乎是年轻小鼠的两倍。

第二个探索方向是研究记忆（尤其是创伤性记忆）在形成后是否可以被操控或消除。一种方法是探究事件发生后是否存在关键时间窗口，在此期间记忆可以被削弱或消除。在这项研究中，受试者通过恐惧条件反射学习将特定颜色的方块与手指受到轻微电击联系起来。随后，采用多种抑制性学习方案，建立针对该电击关联颜色的新安全记忆。结果表明，若在恐惧条件反射后10分钟建立安全记忆，则恐惧记忆可被消除。

第三个研究方向是提高学习效率。近年来，研究人员利用视频游戏技术结合脑电图（EEG）记录大脑活动，以探究学习与记忆的机制。通过分析受试者在游戏不同阶段的脑活动，可深入了解学习与记忆在游戏过程中是如何实现的。

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