人类超常记忆的认知神经科学研究综述.docx

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人类超常记忆的认知神经科学研究综述

心理科学Psychoh’gicalScienee2009,32（3:

643—645643人类超常记忆的认知神经科学研究综述。

胡谊“徐茜

（华东师范大学心理与认知科学学院,上海,200062

摘要借助脑成像技术,人类超常记忆研究揭示出:

世界记忆大师与常人存在显著的脑功能差异,如海马等区域的激活;随着

领域内训练增加,知识与经验逐渐取代一般能力来影响记忆活动,如在窄问记忆任务匕相戈脑区激活量减少且集巾;行为层面

的记忆理论找到r相心的电牛理摹础.如国际象棋记忆的“组块”位于颖叶,音乐领域的“长时工作记忆”与脑区负波有关。

同

时.期待更多从生弼!

层面I.来揭示人类超常记忆能力实质的研究。

关键词超常记忆脑成像认知神经科学

1引言

具有超常记忆的人通常被称为记忆专家、记忆天才或记忆大师;其异于常人的表现主要有两种形式…:

一种是以记忆为主要活动的超常记忆,如数字记忆、空间记忆、字词记忆等;另一种是存在于某类领域括动之中的超常记忆,如音乐记忆、象棋记忆、算盘记忆、心箅记忆等。

无沦何种形式的超常记忆。

如要从认知神经科学角度来探讨其生理原因,需要回答这样四个问题:

超常记忆足先天的还是后天的?

超常记忆受一般能力影响大.还是与专门领域经验的关系更为密切?

与超常记忆有关的特定领域知识.是否可以找到对应的脑区域活动?

调节超常记忆的内在认知机制,是否可以发现相应的生理证据?

2研究现状

2.1超常记忆:

腩结构还是脑功能?

超常记忆是否关联于特殊脑结构?

Maguire等人（2000.2006关于宅间记忆活动的研究发现,伦敦出租车仁d机的大脑海马结构与常人存在差异¨・;甚至,出租车司机与公交车司机也存在大脑结构性差异¨J。

具体来说,结果发现,空间记忆专长水平与海弓回灰质体积大小有关,但这仅仅出现在出租车司机身上.即随着经验的增加,他们右后方的灰质体积增加,并且前面的厌质体积减少;与公交车司机相比,出租车司机中后海马回灰质体积更大,前海马回厌质体积较小。

上述空间记忆方面的脑结构差异,在有些超常记忆任务上却没有出现。

Maguire等人（2003对擅长各炎数字记忆的世界级别记忆大师（参加吉尼斯世界记忆大赛的选手的腩结构进行扫描,但没有发现任何与常人的结构性差异【4』。

为什么会有这样截然不同的结果呢?

其原因可能在于不同的记忆任务。

研究者认为,世界记忆大师偏重于采用各类记忆术来短时间内记忆大量信息,时间一长,则需要有选择性的遗忘某些信息;而出租车司机则不然,他们需要记忆大量关于城市地图的路线,以备随时之需,所以储存了丰富的空间记忆信息。

与探讨超常记忆的脑结构特征相比,如何解释记忆大师使用大脑,则更容易揭示某些后天获得的认知特性。

进一步,上一研究通过fMRI技术发现,世界记忆大师与常人在记忆数字、人脸图形、雪花片图形这=三类材料上,存在这样两个差异:

（1尽管两组被试的某些脑区域,如右小脑,在各类刺激上都处于激活状态,但对记忆大师来说更为活跃;（2在某些闽限水平上,有些脑区域的激活仅出现在记忆大师身上。

甚至.某些脑区域的激活出现在记忆大师学习所有材料上,如左内顶七回、双侧后夹肌皮层、右侧海马后部。

通常,这些脑区域被认为对记忆来说相当重要,尤其是在李间记忆上。

值得注意.在所有学习材料上一致出现的大师与常人的脑激活差异,与下述行为差异似乎矛盾,即:

大师与常人的记忆成绩在数字材料上差异最大,人脸图形材料上差异不明显,雪花片罔形材料上趋同。

这表明,与常人相比,大师一直是激活同样的脑区域来飒记小同材料,尽管有时奏效有时不奏效。

之后的言语报告则揭示出,大师在大多数情形下倾向使用“位置法”这一记忆术。

据此,研究者认为,世界级记忆大师的超常记忆能力得益于其大脑的功能性使用,具体来说就是使用厂特殊的记忆术。

2.2超常记忆:

一般能力影响还是领域特殊经验的作用?

人类超常记忆,尤其是某个领域内的记忆表现,是否与一般认知能力有较高的相关?

已有研究表明,智力高与智力低的被试相比,即使行为水平相同,但前一类人使用大脑效率较高,体现为皮层活动少且集中（Neubauer&Fink,2003I“。

但是,这一现象是否仍然在记忆专长任务上出现呢?

Grabner等人（2003研究了31位男性出租车司机的记忆活动【6J。

被试的任务是识记某个地图。

识记材料有两类:

（1真实地图,有两条路线,各自联系30个地名;之后,判断某个地名或地点是否在这个地图的特定路线上;这一情形下的任务被称为专长任务;（2虚拟地图,有5个抽象的城市地图,各自联系12条路线;之后,判断先前识记的线路是否经过某个特定点;这一情形下的任务被称为智力任务。

在判断括动中,研究者记录被试大脑的EEG活动状况。

经过智商测试（APM;Raven,1958,被试分为两组:

高智商组和低智商组。

研究发现,在智力任务上,低智商的人出现较多的事件相关去同步化（eventrelateddesynehronization,ERD（即高频低振幅的波形,或脑电节律

.+:

项目:

r海市哲学}t会科学规划课题“人类超常记忆能力的研究:

专长心理视角”（2007BJY003。

・・通讯作者:

胡谊。

E—mail:

yhu（萄psy.eCTIU.edu.∞

万方数据

心理科学

由小变大。

且广泛地分布在大脑皮层,涉及枕叶、顶叶、颞叶甚至是中央区域;而高智商的人皮层激活也发生在大脑皮层后面区域,但是整个的激活嚣要少。

在专长任务上,两个智商组无论在脑区域还是激活母方面,都没有较大差异。

为什么会出现这样的现象呢?

在领域无关的任务（智力任务上,智力水甲起重要作用,即高智商的人擅于使用大脑;存领域有关的任务（专长任务上,智力的作用被专长知识所取代。

因此不能发现两组被试在ERD方面的差异。

这一研究表明,随着领域经验的增加,类似智力这类一般能力对记忆活动的影响越来越弱,取而代之的是领域内具体知识或能力的作用越来趣强。

2.3超常记忆:

特殊领域知汉的脑基础?

记忆专家储存了大量专门领域的知识,如组块（Chase&Simon,197317J或模板（Gobct&Simon,1996ⅢJ。

正因为此,国际象棋大师在记忆或识别熟悉棋谱上具有一定优势。

但足,从认知心理学研究中提出的“组块”这一概念.是否有相应的生理基础呢?

Amidzic等人（2001。

2006运用7波段的等效电流偶极子（equivalentcurrentdipole。

ECD模型这一手段,比较了10位一流国际象棋大师和10位业余棋手的记忆活动【9‘”J。

研究发现,激活大帅的记忆组块,可以产生局部的丫波段活动,这主要存在于新皮层区域。

在下棋时,大师在提取长时记忆中贮存的信息.激活新皮层中细胞群;而新手主要在编码新信息,激活颢叶结构和海码。

因此,存在这样一种可能,颢叶和海码结构在超常记忆于新皮层生成过程中起过渡作用;同时,也存在这样的可能,组块与组块生成.以及大脑在新皮层存储与操作组块,将决定某个特定任务上的天赋表现,并在超常记忆中起关键作用。

上述研究H是探讨了棋手在下棋活动状况（包括记忆、预测、决策等,从整体上比较丰H关脑区域激活状况。

但是,在具体识记任务上,是否可以直接探测到“组块”的精确定位呢?

Campitelli等人（2007通过fMRI技术,探索了国际象棋棋手的组块的脑定位…。

研究者分析了5名专家级别棋手在四类刺激的再认任务中表现,具体是:

（1比赛棋谱,来自iF式比赛中的棋局,这只涉及简单的知觉一动作反应,不涉及复杂的知觉一思维活动;（2随机棋谱,棋子随机摆放在棋盘上,这虽然涉及国际象棋的知觉活动,但较少涉及与比赛有关的组块知觉;（3图形组合.由各种儿何图形（如圆形、方形.一-角形等组成,这虽然涉及知觉一思维活动,但与国际象棋知觉活动无关;（4定点棋谱,有一个黑点在棋谱的某个方格中,这涉及与比赛有关的组块识别活动。

在前■类刺激情境中,被试任务足对每个测验刺激做出判断,即是否与样例刺激相同;在最后一类刺激情境中,被试任务是判断测验刺激是否有黑点。

研究假设,在脑活动上,比赛棋谱与定点棋谱的比较可揭示工作记忆成分,比赛棋谱与图形组合的比较可揭示长时记忆成分,比赛棋谱与随机棋谱的比较可揭示长时记忆中绲块成分。

结果表明,在脑成像数据上,比赛棋谱与定点棋谱的脑活动比较,发现在额前皮层背侧和顶叶具有更多激活,而在颞叶上几乎没有激活。

比赛棋谱与图形组合的脑活动比较,发现在颢叶区域存在较多激活,如在梭状回、海马旁同和颢下回;同时,在楔Ii{『叶、后扣带皮质、缘上同t发现更多激活。

比赛棋谱与随机棋谱的脑活动比较,则发现在左侧海马旁同有更多激活。

因此,研究得出,在记忆再认的活动中,与下棋话动有关的国际象棋组块及其加工在大脑颢叶之中。

表面卜看,Amidzic等人与Campitelli等人的研究存在矛盾:

运用ECD模型的研究发现,大师在下棋时其大脑新皮层激活更多,胁lk余棋于是颢叶内侧和邻近结构;而运片jfMRI技术的研究却发现争家棋手在识记棋谱时,是颞叶区域更多激活。

两个研究之所以得出不同结论,可能在于不同的研究任务,前一研究中是下棋活动,涉及记忆、预测、决策等认知过程;『『li后一研究【}J是再认活动,更多与工作记忆有关。

同时,在被试选择上,后一研究中的专家棋手的等级分处于1750—2200之间,刚好介于前一研究两组被试之问,因此无法做简单比较。

但是,两个研究在这一点卜却是丰日同的,即大脑颞叶区域对国际象棋领域中超常记忆（如组块的生成与提取起着至关重要的作用。

2.4超常记忆:

特殊认知机制的脑活动?

之所以在某个领域具有超常的记忆能力,除了特殊知识（如组块之外,还在于获得了专属于这个领域的认知机制,如长时工作记忆（10ng—termworkingmemory,LTWM中的检索结构（retrievalstructure的形成与使用【”J。

但是,这类特殊领域的检索结构,是台自.对膻的生卿基础呢?

Williamon和Egner（2004记录了6名皇家音乐学院（伦敦钢琴手在汉记琴谱活动上的夫脑EEG活动状况【J“。

所给出的识记琴谱是J.S.巴赫一・段A小调序曲;此曲H『分为8段结构式小节和24段非结构式小节。

测试时,额外增加了32段不是该序曲中的小节,一共64个刺激;要求被试做出再认反戊。

研究发现,在行为指标方面,被试在对结构式小节和非结构式小节的再认任务上,反应时有显著差异;但在序曲中小节和非序曲中小节上,反应时无显著差异。

在脑成像数据上,ERP波形表现出四种成分:

（1早期负波（50—150ms,（2早期正波（150—250ms,（3晚期负波（250—400ms,（4晚期止渡（400—550ms。

时间段与小节类型在波峰振幅上有交可作用。

在晚期负波,发现显著的小节类型效应,并且早期负波中,小节类型效应趋向于显著水平。

具体表现为,相对于非结构式小节（包括序曲中的和非序曲中的小节,结构式小节的两种负波的振幅更大。

同时,通过比较结构式小节和非结构式小节的ERP地形图,发现晚期负波振幅的差异在右中部和后部皮层区域最显著,早期负渡振幅的差异在左额、右额、左中部,尤其是左颞皮层郎位最显著。

瓶且,早期负波效庞与晚期负渡效应是互相独立的。

上述在结构式小节和非结构式小节上的行为及生理差异,验证r长时工作记忆理论对音乐认知的某些预测,即存在一类特殊的检索结构,引发了概念式再认效应而非知觉性冉认效应,因|iii导致被试反应时更快.且早期和晚期负波的波形更负。

相埘十常人,领域专家具有使用长时工作记忆这一特殊脑活动方式,这在心算领域也得到证实。

Pesenti等人（2001研究了一位心算天才R.Gamm（26岁的超强计算能力和记忆能力,并与常人进行对照。

1“。

被试任务有两类:

一是需要通过计算的问题（如68X76=

万方数据

胡谊等:

人类超常记忆的认知抻经科学研究综述645

5168,二是直接从记忆巾提取的问题（如2X2=4。

由于计2算能力水平的差异,给计算天才呈现的问题任务要难,常人

组被试的问题任务耍简单点。

研究结果表明,在两类『口J题上。

计算天才与常人组一样,

都会激活左侧人脑的这些区域:

缘.|:

回、顶内沟、枕F回和枕

中同、枕叶一颞叶结合部。

这峰区域主要涉及视觉一空问上。

作记忆和视觉表象网络,这表明数字的存贮和操作是以视觉

短时表征形式来处理。

但是,计算天才会激活额外的五个脑

.区域,即额内叶、海马旁回、扣带回前上部、右侧大脑的枕叶

一颞升结合部、左侧中央旁小婶。

这表明计算天才的;ff算大

多与事件记忆有关,存在事件记忆编码以及提取中间结果的5现象。

这使得他在计算时能快速从长时记忆lfJ存储和提取算

术信息。

此研究又一次证明了长时工作记忆对领域任务的

重要性。

6从上述研究可以推论。

如要提高记忆能力,仅仅强化现

有认知加工和局部脑激活,并不能奏效。

这是因为,超级记

忆或许算能力涉及男一些脑区域的新认知加』=。

具体来说,

对依赖于突出记忆的计算能力来说.新的认知过程涉及从短

期有意识的存储策略,向高效的事件记忆编码和检索策略、。

运用自动化解题算法,周详调控解题的转变。

这一长时事件

记忆机制的获得,突破了人的工作记忆限制,直接解释了超

常计算能力的原因。

93研究结论

借助脑成像技术,关于人类超常记忆能力可以得出这样lo的结论;（1主要由后天所导致,具体来说在于特定的用脑活

动方式;（2与领域内特殊经验密切相关;（3可以发现特定

知识结构（如组块和认知机制（如长时工作记忆对J赶的脑

活动状况。

由于目前此领域研究并不是很多,今后可能需要

“研究拥自-超常记忆的更多被试,发展出更为有效的脑成像技

术;并与行为层面和认知层面的心理学研究一起,进一步揭.,示该类型记忆的实质,尤其是从新手到顶级记忆专家的发展

过程,进而为促进个体尽快成为某领域记忆专家提供更自|建11设意义的科学建议。

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AReviewonNeurocognitiveResearchinSuperiorMemory

HuYi,XuQian

（SchoolofPsychologicalandCognitiveScience.EmtChinaNormalUniversity.Shanghai。

200062

AbstractUsingbrainimaging,researchonsuperiorrnemoryhasdisclosedthatcompared

toaveragepeople,ma￥ier￥in

theWorldMemoryChampion.shiphavefunctionalbraindifferencessuchastheactivationoftherightposteriorhippoeampus.Withmoretraininginthear朗concerned.knowledgeandexperienceplayamoreimportantroleinthedomain.specificmemoryinsteadofgeneralcognitive

abilities,asshowedbythedecreaseofERD.Thebraincorrelatesofchunksinchess

aresup∞sedtobeinthetemporalarea.EvidencesfortheLTWMinthebrainarea180found.Morecognitiveneuroscieneeresearchon5uueriornlemoryisneededtobedoneinthefuture.

KeywordsSuperiorMemory。

BrainImaging,CognitiveNeuroscience

万方数据