第一节 记忆研究及其发展概述
记忆是人们非常熟悉的心理现象，是过去经历过的事物在人脑中的反映。同时，记忆又是一种复杂的心理过程，是心理过程在时间上从记到忆的持续，它使心理发展、知识积累和个性形成得以实现。弗拉维尔（Flawell，1979）认为，记忆的研究包括记忆容量、策略、非策略性知识和元记忆四个相互联系的领域。
一、记忆的结构和过程
分类与结构是密切相关的两个概念。记忆结构是指心理学上的逻辑结构，而不是一种直观物理结构。为了研究和描述的方便，我们常需要从不同的角度和层面，对记忆作出不同的分类。这种分类本身也显示了记忆的结构。下面介绍三种不同的分类系统：
（一）内容维度四分法
根据记忆对象性质的不同，可以将记忆分为形象记忆、逻辑记忆、情感记忆和运动记忆四种，其区别和联系见表2-1。
表2-1 内容维度的记忆分类
（二）时间维度的三分法
在20世纪50年代，学术界曾提出过两种记忆说，把记忆视为两分结构，即记忆可以分为短时记忆和长时记忆两个既独立又联系的系统。这一学说将记忆的研究深入到了记忆的内部结构和信息加工的动态过程。20世纪以来，随着信息加工理论的飞速发展，许多心理学家倾向于用信息加工的观点来解释记忆，并将记忆定义为人脑对输入的信息进行编码、贮存和提取的过程。
后来的进一步研究发现，从人的整个认识活动来看，记忆系统在短时记忆前应该存在一个更基本的记忆结构。于是，感觉记忆被提出并最终得到确认。这样，一个完整的记忆结构“感觉记忆—短时记忆—长时记忆”就得以建立，两种记忆说也就发展成为多存贮说。
感觉记忆也称为瞬时记忆。当刺激物的信息接触到人的感觉器官时，这些信息会被暂时存贮。这个阶段的记忆就是瞬时记忆，亦称感觉记忆或感觉登记。人的感觉滞留现象就是瞬时记忆的表现，它使得我们对信息的进一步加工成为可能。瞬时记忆的特点是单位时间内存贮的信息量比较大，但信息保持时间极短暂，且基本上是以未经编码加工的原始状态存贮。
短时记忆是信息一次呈现后保持在60秒之内的记忆，也称操作记忆或工作记忆。短时记忆是以听觉、视觉或语义的编码来存贮信息，但单位时间内的存贮信息量极为有限。1956年，米勒（Miller）发表了题为“神奇数7加减2：我们加工信息能力的某些限制”的著名论文，明确提出短时记忆的容量为7±2。此后，这个数字被大量的实验研究进一步确认。
长时记忆指信息存贮时间在1分钟以上，最长可以保持终生的记忆。它存贮着我们关于世界的一切知识，为我们的一切活动提供必要的知识基础。长时记忆的主要特点是信息保持长，且信息容量极大。我们长期以来所探讨的记忆实际上就是长时记忆。自20世纪70年代以来，科学家对长时记忆的研究更注重其信息的内部加工过程。
（三）意识维度二分法
根据记忆的提取阶段是否有意识参与，记忆可以分为外显记忆和内隐记忆两种。两者的区别见表2-2。
表2-2 意识维度的记忆分类
内隐记忆的特点是人们并未有意识地知道自己拥有这种记忆，只是在特定任务的操作上无意中表现出来。换言之，当先前的经验促进了一项任务成绩的提高，而完成这项任务又不需要有意识地回忆先前的经验时，就表现出了内隐记忆。因此，心理学家对内隐记忆和外显记忆作如下定义：内隐记忆是指在不需要意识或有意回忆的情况下，学生的经验自动对当前学习任务产生影响而表现出来的记忆；外显记忆则相反，是指学生需要有意识地或主动地回忆某些经验用以完成当前学习任务时所表现的记忆。传统的生物学科考试只能测出学生的外显记忆而不能测出学生的内隐记忆，但这些内隐记忆仍很重要，能使后续的生物学学习变得容易起来。
二、记忆的神经生物学基础
记忆不单单是信息的输入与输出的过程，更重要的是在输入与输出之间进行着复杂的思维加工。记忆是人脑最重要的生理机能之一，其产生有着复杂的物质基础和生理机制。基于生物学教师的专业特点，本书拟对此作较详细的介绍和说明，以便教师能够有一个较深入的了解。
（一）产生记忆的脑结构
脑科学的研究表明，与学习记忆有关的脑结构主要有颞叶、额叶、顶叶、丘叶和杏仁核等。其中关系最密切的当首选颞叶，因为其中的海马结构具有固化长时记忆的重要作用。额叶可能与先后次序的记忆关系密切。顶叶与短时记忆可能有关。杏仁核起着沟通不同感觉而形成记忆之间联系的作用。
均势说认为，记忆在大脑皮层上无特定部位，任何一种记忆痕迹都是与脑的广泛区域相关联。1929年，美国心理学家拉什里（K.S.Lashley）在动物实验中发现，动物学习成绩的好坏与大脑皮层特定部位的破坏并无对应关系，但与损毁面积的大小有关。在临床方面，病人已巩固的记忆痕迹并不因局部的脑外科手术而消匿，这似乎也支持了均势说。
相反地，定位说认为记忆在大脑皮层上有特殊定位。其较早的证据来自于潘菲尔德（W.Penfeld，1936）对癫痫病人脑区的电刺激研究。1936年，潘菲尔德用微电刺激癫痫病人脑皮层各部分来寻找病灶时发现，刺激不同部位能诱发病人对不同内容的回忆，比如刺激右侧颞叶区，病人说听到了曾听过的音乐，但刺激其他区域则不能诱发对该音乐的回忆。在500个临床病例中，潘菲尔德发现8%的患者出现了诱发回忆。此后，神经心理学家鲁利亚（Luria）和心理学家科恩（R.Cohen）等先后进行的研究也支持了定位学说。
不过，多数心理学家还是倾向于将均势说和定位说统一起来，认为记忆应是整个中枢神经部位的联合活动，同时不同神经部位对记忆行使的功能又存在差别。同样地有实验说明了这一观点的正确性。弗尔斯纳（Flexner，1963）在动物实验中，迫使动物学习一种技巧，三天后给他们的两侧颞叶注射某种化学物质，结果该技巧的记忆丧失；如果让动物连续学习六天，再同样地在两侧颞叶注射化学物质，却不能使该技巧的记忆丧失，但当继续在脑的多处注射该化学物质，则记忆又会丧失。
将海马作为主要记忆功能的结构，是20世纪六七十年代颇为盛行的观点。海马是位于侧脑室下角底壁的一个特殊古皮层结构，与其周围的齿状回、下脚、胼胝上回和束状回共同形成一个结构和功能的整体，合称海马结构。它主要有两个记忆回路：一个是经典的帕帕兹环路，即海马→穹窿→乳头体→乳头丘脑束→丘脑前核→扣带回→海马；另一个是三突触回路。临床观察发现，海马损伤的病人会发生顺行性遗忘，即只能回忆和提取已有的信息，不能形成新的长时记忆。这个长达35年之久的病例观察及其主要实验研究，使得人们确信海马具有记忆的功能，特别是在从短时记忆向长时记忆的功能过渡中发挥重要作用。不过这些结构并不是长时记忆的存贮库，长时记忆究竟储存在何部位，至今仍未定论。
80年代以来，认知心理学和神经心理学一方面吸收临床医学和临床心理学的研究成果，一方面运用信息科学和计算机科学的一些理论，使人们认识到记忆具有复杂的多形态和多功能系统。从认知神经科学的角度，我们可以将大脑的记忆系统划分为三个子系统，即资料或数据驱动的记忆系统、概念驱动的记忆系统和基于期望的记忆系统。有关内容可参阅有关著作，本书不详细介绍。
（二）记忆的生理机制
对记忆生理机制的解释主要有记忆痕迹说和暂时神经联系说。记忆痕迹说目前已形成了三种新的理论，即反响回路说、突触生长说和化学分子说。一般认为，短时记忆的生理机制为神经回路中生物电反响回荡，长时记忆的生理机制为生物化学和突触结构上的变化。
神经回路是指神经系统中的皮层与皮层下组织之间存在某种闭合的神经环路，当环路某处受刺激（感觉登记）时，产生的神经冲动就会在回路中反响振荡。这种神经冲动在环路中的回响，使得信息在大脑中能持续一些时间，这便形成了短时记忆。当这种反响振荡引起了脑内化学的神经结构的变化时，短时记忆便能进入长时记忆。
贾维克（Jarvik）和艾斯曼（Essman，1960）设计的白鼠跳台实验较好地支持了这一学说。他们将白鼠置于仅几寸的跳台上，白鼠因跳台太窄总想往下跳，但跳到地板上后因受到电击又被迫返回跳台。反复几次后，白鼠很快就会形成回避反射，即对“电击”形成记忆。接下来将白鼠分成实验组和控制组，实验组在形成回避反射后立即进行电休克，控制组在形成回避反射24小时之后再进行电休克。待白鼠苏醒后分别再放在跳台上，结果实验组的白鼠会立即往地板上跳；而控制组的白鼠会在跳台上犹豫一段时间，这是因为电休克破坏了实验组白鼠的神经回路反响而导致记忆丧失。
贝纳特（Bennult，1972）等人将出生不久的白鼠分成两组，一组生活在刺激丰富的环境中，另一组生活在刺激贫乏的环境中。一段时间后解剖发现，前者的脑皮层比后者要厚且重。贝纳特认为，前者皮层较厚是由于轴突末梢增长、树突增多、突触间隙变窄，这样相邻神经元之间更易于相互作用。由此可以看出，学习和记忆可能是促进突触生长的重要因素。而突触的增加可以建立和改进神经通路，进而提高长时记忆的能力。
神经的电活动可以造成细胞中某些化学分子在数量和结构上的变化，这种变化很可能就是信息在长时记忆中的“编码”。此观点得到了三类实验的支持。第一类实验表明，神经细胞的电活动与RNA密度的增加有相关。实验发现，受过训练动物的脑神经细胞中RNA含量会升高，注入RNA酶后又会破坏该动物对受训练行为的记忆。第二类实验发现，长时记忆可能与某些特殊蛋白质有关。在白鼠学习走迷宫之前注射蛋白质合成制剂，白鼠学习后4小时的记忆未受明显影响，而学习后24小时及一周后的记忆则明显提高。注射嘌呤霉素、抗生素则可以“消退”白鼠迷宫学习的记忆，原因可能是这些物质抑制了神经细胞中蛋白质的合成。第三类实验是记忆的移植研究。伯恩（Bem，1970）将对光发生退缩反应的涡虫碾成碎片喂给没有受过光训练的涡虫吃，结果后者也获得了光退缩反应的记忆。昂格尔（Unger，1970）等用惩罚方式训练大鼠“弃暗投明”，然后提取其脑液注入未受训练大鼠的脑中，结果后者居然也获得了对黑暗的恐惧行为。后来的脑液分析发现，记忆迁移的物质主要是一种由15个氨基酸组成的短肽，遂名之“恐暗素”。
需要说明的是，突触生长说和化学分子说表明，人的记忆能力是可以不断提高的，而学习活动本身是促进记忆的有效方法。生物学教师有责任将这些知识通过本学科的教学传授给学生。
三、记忆心理学研究的新热点
心理学家一般将记忆的研究史划分为三个阶段：第一阶段始于19世纪末艾宾浩斯进行的记忆实验，这一阶段主要集中在对现称之为长时记忆的研究；第二阶段始于20世纪40年代对短时记忆的研究，从两种记忆说到多存贮说，主要集中在对记忆信息加工过程的研究；第三阶段就是目前成为热点的有关内隐记忆和元记忆的研究。
（一）内隐学习的研究
“内隐学习”的概念是罗伯（Reber）1965年在自己的硕士学位论文中首次提出的，从20世纪80年代开始成为心理学界最受关注的课题，并已取得丰硕的实验研究成果。内隐学习是指在没有意识到环境刺激结构存在的情况下，个体却表现出了学习后操作行为的改善，即个体无意识地获得了刺激环境中的复杂知识。最新的研究表明，内隐获得的知识比外显获得的知识保持时间更长久，而且内隐记忆不受加工容量和注意因素的影响，但外显记忆会受到影响。[13]
英国学者沃林（Warring）和魏斯克兰茨（Weiskrantz，1968，1970，1974）在对健忘症患者的启动效应进行研究时发现，虽然健忘症患者不能回忆或再认近期的学习项目，但却能够在一些间接的记忆测验中表现对这些项目的记忆效果。例如，给病人一些常用的英语单词让他们学习，尽管在后面的回忆与再认测验中病人的成绩极差，但如果采用其他测验方法如残词补全，要求病人用首先想到的字母将它们补全，患者更多地采用学习过的词而非其他的词来补全。这说明，健忘者虽然没有意识到自己对所学内容已拥有记忆，但在特定操作中却间接地表现出了记忆效果。
内隐记忆研究范围主要有启动效应、重学中的节省问题、阈下刺激作用、内隐学习等。内隐学习是获得内隐记忆的信息加工过程，虽然不知道所获得内容是什么，更无法用言语描述它，但却能在某项具体的操作中反映出已拥有这种信息。在有些情况下，内隐学习优于外显学习，这种现象被称为内隐学习效应。对于生物学教学，我们应该充分发挥这种内隐学习效应，使内隐记忆在实验操作技能的获得、生物图像和实物的识别等学习中发挥应有的作用。
（二）元记忆的研究
元记忆（Metamemory）作为一个独立的研究主体，始于20世纪60年代初哈特（Hart）的一篇博士学位论文。十年后，弗雷沃（Flavrl）和韦尔曼（Wellman，1971）才正式将它纳入记忆心理学的研究范围。所谓元记忆，是指人对自己记忆系统的认知，即对自己记忆活动的内容、功能的认识和评价，以及对自己记忆过程的监控，是元认知的一种重要形式。元记忆是记忆活动的一个不可或缺的组成部分，它直接调控人的记忆行为。一般来说，学生对自身记忆的功能、困难及方法、过程的了解程度，就代表着他的元记忆水平。因此，在生物学教学中，应该将如何引导学生了解自己的记忆活动和调控自己的记忆行为纳入到教学范围中来，这样才能有效地提高教学质量。
元记忆的研究在评估方法、元记忆知识、记忆监控能力、元记忆发展趋势（刘海娟，2003；闻素霞，2004）和元记忆发展个体差异（张承芬，2000；桑标，2002；周楚，2003）等方面已取得不少成果。研究者提出了多种元记忆的模型，探讨了元记忆的组成成分，调查了儿童元记忆知识和发展状态。研究表明，元记忆中的控制作用具体表现为以下几种形式：①确定识记的目标和计划；②确定学习的时间分配；③选定信息加工的类型；④选择加工策略；⑤发动、继续或停止识记或提取的过程。研究者还以记忆中自我时间分配为例，探讨了元记忆控制与记忆成绩之间的关系，并发现元记忆的发展水平存在年级差异和个体差异，高年级优于低年级，学优生优于学困生。
值得指出的是，内隐记忆和元记忆问题正成为记忆心理学工作者共同关注的热点，但其研究仍处在探索阶段，理论上仍模糊不清，实践上更显不足。尽管如此，我们仍然相信，学术界对内隐记忆和元记忆的进一步研究，对改进包括生物学在内的学科教学具有潜在的、重要的指导价值。中央电视台的《挑战不可能》和江苏卫视的《最强大脑》等电视节目所展示出的选手们的记忆能力，让我们更加坚信，人的记忆潜能极其巨大。