认知心理学新进展4_长时记忆.pdf

1认知心理学研究进展4、长时记忆李小建 Ph.D.华南师范大学心理应用研究中心2内容内容1.人类的记忆系统按照大脑功能来看的人类记忆系统2.长时记忆的分类a)陈述性记忆：语义记忆，情景记忆b)非陈述性记忆：程序记忆，知觉表征，联系性习得，非联系性习得c)陈述性记忆与非陈述性记忆的不同神经活动特点3.语言的记忆23记忆的单维三级加工模型影响相当长久的单维模型（Modal model,Atkinson&Shiffrin,1968）提出三级加工的层级机制，长时记忆由短时记忆通过复述等重复刺激、复习、练习等途径转变。1、人类的记忆系统4神经心理学家Brenda Milner记忆研究的一个里程碑H.M.在1953年27岁时做手术，由Brenda Milner 研究他的病后症状。癫痫病人H.M.在摘除大脑的海马回后，1）短时记忆正常；2）过去的知识、经历等记忆未受损坏；3）新的这类知识难以形成。这个发现区分了短时记忆和长时记忆，支持单维三级加工模型。35视频：Jerimy损伤了海马回后，不能记住发生的事情，不能再学习法律，但是可以学做工匠活。病人在摘除海马回后，不能学习新的概念，不能记得发生的事件；然而，他可以学习新的技能。这个发现指出，存在不同类型的长时记忆。知识是陈述性记忆，而技能是程序性记忆。单维三级加工机制不能解释的病例：病人失去正常的短期记忆，但仍能形成新的长时记忆。为什么？6单维三级加工机制不能解释的病例：病人失去正常的短期记忆，但仍能形成新的长时记忆，不同类型的长时记忆。47认知心理学将记忆归纳为一些概念、特征或模型，使记忆理论变成概念的堆积，没有按照人脑功能与认知功能的一致性来建立一种记忆系统。其实，这是人为的局限性造成的 认知心理学家开始只探讨信息“软件”不考虑“硬件”（Neisser,1967）。感觉记忆语义记忆情节记忆程序性记忆错误记忆内隐记忆短时记忆长时记忆初级记忆次级记忆工作记忆元记忆自传体记忆情绪记忆闪光灯记忆联结主义模型前瞻记忆言语记忆形象记忆运动记忆陈述性记忆描述性记忆非描述性记忆认知心理学教科书里：记忆系统是概念的堆积？外显记忆记忆现象与记忆系统8The task of a psychologist trying to understand human cognition is analogous to that of a man trying to discover how a computer hasbeen programmed if the program seems to store and reuse information,he would like to know by what“routines”or“procedures”this is done he will not care much how his particular computer stores informationhe wants to understand the program,not the“hardware.”(Neisser U.,Cognitive Psychology.1967,68)目前，认知心理学发展已经开始改变这个观念，有更多的认知心理学家更新知识和技术，接受认知神经科学方法。认知心理学鼻祖之一，Neisser，在他的名著Cognitive Psychology（1967,68）里说：59科学研究的方法：还原法认知心理学对心智现象的还原方法单还原：刺激 知觉过程的分解与整合，软件模型。认知神经科学对心智现象的还原方法双还原：兼有认知心理学的还原和神经科学的还原，建立两种还原的神经关联（Neural Correlate）。知觉的神经关联左图：“刺激知觉”和”刺激神经元反应”两种途径的还原。右侧框线表示知觉的神经关联(Goldstein,Sensation and Perception,1989)1010人类的各种记忆现象有什么内在联系、是如何形成一个系统的？它与大脑解剖结构或者功能的关系如何？记忆心理学家Squire强调，应当按照大脑的功能（而不是单纯的解剖学或单纯的行为学）来分析大脑的记忆系统。记忆的研究在过去的十几年获得了相当深刻的新认识。从知识系统描述的长时记忆到认知神经科学描述的长时记忆，认知心理学过去的许多记忆模型和理论都被重新检验。以下就是这么一个以人脑的认知功能来概括的人类记忆系统模型，总结了认知神经科学研究的成果（S q u i r e,1 9 9 0,2 0 0 4;S q u i r e&Z o l a-M o r g a n,1 9 9 6;Z o l a-M o r g a n&S q u i r e,1 9 9 3）：人类的记忆系统记忆现象与记忆系统611按照大脑功能来看的长时记忆系统（S q u i r e&Z o l a-M o r g a n,1 9 9 6）记忆现象与记忆系统12人类记忆系统（G a z z a n i g a,C o g n i t i v e N e u r o s c i e n c e,2 0 0 2）713陈述性记忆(Declarative)(外显explicit)长时记忆非陈述性记忆(Non-declarative)(内隐 implicit)短时记忆感觉记忆短时记忆/工作记忆记忆语义(事实)记忆情景(事件)记忆程序记忆动作/认知技能习惯知觉启动重学节省saving阈下刺激积累作用知觉表征系统非联系性习得习惯化敏感化条件反射情感反应联系性习得按照大脑功能来看的人类记忆系统记忆现象与记忆系统14海马回及其周边组织对长时陈述性记忆的选择性影响，促进了对记忆的两个方面的分类：长时与短时记忆，长时记忆中的陈述性和非陈述性记忆（Squire,et al.,1990,2004;Eichenbaum,2002）：陈述性记忆(Declarative)(外显 explicit)长时记忆非陈述性记忆(Non-declarative)(内隐 implicit)2、长时记忆的分类815陈述性记忆(Declarative)(外显 explicit)长时记忆非陈述性记忆(Non-declarative)(内隐 implicit)a)陈述性记忆长时记忆的分类16按大脑的记忆功能（而不是按行为学的任务或者解剖学的结构），陈述性记忆分为语义记忆和情景记忆：?语义记忆，也叫事实记忆。例如：知识（概念、公式、命题、形象、人脸等），观念等，无需具体时间和体验联系。?情景记忆，也叫事件记忆。例如：对毕业典礼、婚礼、旅行、高考、亲人的回忆，有具体时间、地点、和亲身体验的联系。陈述性记忆陈述性记忆(Declarative memory)(外显记忆Explicit memory)语义记忆(Semantic memory)(事实 Facts)情景记忆(Episodic memory)(事件 Events)91717陈述性记忆的意识特征：陈述性记忆是有意识支配的、可说明的记忆，因此也称外显记忆。它容易形成，容易遗忘，例如高考复习时的知识。相对的是内隐记忆，通常在无意中获得并起作用，难以形成，也难以遗忘，例如运动技能、工作学习习惯。陈述性记忆陈述性记忆(Declarative memory)(外显记忆Explicit memory)语义记忆(Semantic memory)(事实 Facts)情景记忆(Episodic memory)(事件 Events)1818陈述性记忆陈述性记忆的顺行性和逆行性遗忘：?运动员头部碰撞后能够马上回忆出碰撞事件的过程，但过后反而回忆不起来，有逆行性遗忘（L y n c h&Y a r n e l l,1 9 7 3），说明事件记忆在向长时转化前，有短时记忆存在。是转化长时记忆的脑区受损。?癫痫病人在摘除大脑的海马回后，过去记住的东西未受损坏，但新的知识难以形成和记住，有顺行性遗忘。?遗忘症患者即时回忆与正常被试没有差别。但是如果用心算防止复述，在30秒后回忆，遗忘症患者就有明显差异（Baddeley,1970）。?顺行性遗忘和逆行性遗忘说明：外显加工得到的短时记忆有一个向长时外显记忆形成的时间过程。现在已经知道其关键脑区是海马回。1019顺行性遗忘和逆行性遗忘神经科学的证据表明：海马回受损的程度与逆行性遗忘的程度成正比，受损范围越大，遗忘的事越远久。新皮层的陈述性记忆在2 3 年后可以不再依赖海马回（Zola-Morgan&Squire,1993）。陈述性记忆20概念形成过程需要神经系统多层次的加工，这是语义记忆多层次形成的同一个过程。语义记忆的最重要组成就是各种概念。概念是有层次的，越抽象，越具有跨通道性质。例如：我们能够识别一个苹果。（一个具体的苹果）我们能够识别苹果。（苹果类，各种类苹果）我们能够识别水果。（水果类，苹果和其它水果）我们能够识别植物。（植物类，水果和其它植物）我们能够识别生物。（生物类，植物、动物和微生物）认知学派多从知识系统（语义、逻辑等关系）来分析陈述性记忆。然而，各种概念的心理表征是如何与神经系统联系的？语义记忆陈述性记忆1121海马旁回嗅周皮层海马嗅沟内嗅皮层梳状回概念的跨通道大脑活动依据Taylor等人（2006）发现，跨通道（视觉听觉）的刺激（比如羊的照片羊叫声）激活了内侧颞叶的嗅周皮层(p e r i r h i n a l)，说明羊的概念可以通过内侧颞叶的神经元把已经储存在不同脑区的记忆片断联络起来，形成新的概念。语义记忆22嗅周皮层海马旁回解剖图：海马回与内侧颞叶内嗅皮层海马梳状回1223Tadashi Sugihara等人发现跨通道（视觉听觉）的刺激还激活额下回（Sugihara,et al.,2006）。额叶与海马回对记忆形成有互动关系。动画与声音图画与声音2424Ranganath（2005)综述了前额叶与内侧颞叶及颞下回的记忆关联：额下回（绿色）与颞下回对应，与物体的具体表征有关；额叶前背侧（紫色）与内侧颞叶对应，与多目标联系的表征有关；海马则进一步形成关联和记录新异记忆。陈述性长时记忆与额叶的短时记忆功能互动陈述性记忆1325概念和“概念神经元”Quiroga（2005）在美国加州大学医学院发现在被试的内侧颞叶有神经元专门对哈莉 贝瑞（Halle Berry）的照片、不同的电影剧照、素描画像、甚至她的名字作出反应，但是对其它人物的不反应！（见下一页图）语义记忆26一个特定反应神经元的有选择激发，只对哈莉 贝瑞的各种剧照、素描甚至名字强烈激活（首行左边框内的项目）。1427类似的专门对其他人物、建筑物反应的神经元也在内侧颞叶记录到。下图是一个对悉尼音乐厅特定反应的神经元记录。28Tulving指出，情景记忆与语义记忆可分离，有典型的病例。例如：加拿大有个脑损伤病人K.C.，不能记住几分钟前发生的或反覆发生的事件（如忘记几分钟前给他治病的医生护士；忘记化学毒品泄露造成全城撤离的重大经历），但记得数学、统计、时间单位等知识，还会下棋。他损伤了海马回。科教片Brain Story,Growing the mind（建脑过程）记录了一个少年约翰，他不能回忆图片中的人物名字，不会认路回家，不能把几个片段的事情联系起来组成有意义的整体。他损伤了海马回。另一个颞叶受损的老人艾华，有选择性地损害了对动物的语义记忆，退化到只认识猫和狗，说明他某些记忆片断受损，影响了一些特定概念的构成。但其他概念没有受影响，包括扑克牌的数字、花色和玩的方法。情景记忆1529情景记忆30Davachi（2006综述）指出：嗅周皮层提供物体项目的编码；旁海马提供空间和前后文的背景关系编码；海马回综合了项目编码和位置背景编码，提供一般的关系编码。结论：内侧颞叶的嗅周皮层负责事实记忆；海马回负责情景记忆。感觉分析项目编码位置编码嗅皮层旁海马回海马回：一般关系的编码海马回杏仁核情感联系情景记忆1631语义和情景记忆形成与分类的脑科学依据根据目前认知神经科学的发现，可以得到以下初步认识：?颞叶、枕叶、顶叶等感知觉皮层及其联合区通过不同通道的加工获得对不同客体的具体属性的知觉，并记录了具体属性的初级整合（痕迹）和简单的客体记忆。?在知觉的高级加工阶段，由内侧颞叶（包括海马回）联系新皮层里已储存的初级概念和简单的客体记忆，得到跨通道、跨属性的高级、复杂表征。其中，嗅周皮层整合到具体项目的水平，旁海马回整合到项目的位置关系等背景水平，海马回整合了所有项目、位置关系等背景和时间，得到一般的关系和情景。?不同加工层次得到的表征具有不同层次的抽象，所以有苹果、水果、植物、生物等不同层次的概念同时存在。陈述性记忆32陈述性记忆(Declarative)(外显 explicit)长时记忆非陈述性记忆(Non-declarative)(内隐 implicit)b)非陈述性记忆长时记忆的分类1733非陈述性记忆程序记忆Procedural memory动作或认知技能习惯知觉启动知觉表征系统非联系性习得习惯化敏感化条件反射情感反应联系性习得非陈述性记忆的意识特征：非陈述性记忆通常在无意中获得并起作用，因此也称内隐记忆。它难以形成，也难以遗忘，例如运动技能、学习习惯。重学节省saving阈下刺激积累作用非陈述性记忆34非陈述性记忆程序记忆Procedural memory动作或认知技能习惯知觉表征系统非联系性习得习惯化敏感化条件反射情感反应联系性习得知觉启动重学节省saving阈下刺激积累作用程序记忆程序记忆的关键脑区是纹状体和小脑。1835?程序记忆使我们能够按照操作过程或程序完成任务。?当达到高度熟练程度时，可以不加思索、无须注意支配而“自动化”进行，就称其达到技能水平或习惯。?技能包括运动技能（比如行走、体操、骑车、游泳、编织等）和认知技能（比如演说、写作、计算、注意警觉、应急处置等）。?习惯，例如工作、学习、锻炼、休息习惯，口头语等。非药物导致的习惯可以达到愉悦、有瘾的程度，比如上网、玩电子游戏、社交、独处、哼歌、天天跑步等。有的甚至不由自主、难以自控而进行，比如网瘾、游戏机瘾、赌瘾等。程序记忆程序记忆36程序记忆、习惯与纹状体纹状体（尾状核和壳核的总称）在形成行为习惯的程序性记忆中起关键作用。纹状体损伤对陈述性记忆作业无影响，但对习惯的形成受损。程序记忆1937Striatum 纹状体（尾状核和壳核）纹状体尾状核壳核底丘脑核黑质基底神经节及有关的结构丘脑的腹外侧核苍白球程序记忆38非陈述性记忆程序记忆Procedural memory动作或认知技能习惯知觉表征系统非联系性习得习惯化敏感化条件反射情感反应联系性习得知觉启动重学节省saving阈下刺激积累作用知觉表征系统非陈述性记忆知觉表征系统的关键脑区是感知觉皮层及其联合区，因任务涉及的感知觉系统而异。203939内隐记忆：知觉表征系统样本目标第1次出现(T1)目标第3次出现(T3)目标第2次出现(T2)第2次(重复)干扰(D2)第1次干扰(D1)不重复干扰不重复干扰第3次(重复)干扰(D3)第4次(重复)干扰(D4)重复呈现的刺激会引起感知觉神经元的激活程度减弱、人的反应时加快。历史上有著名的Hebb效应记忆实验。例1：姜阳（2000）的重复效应记忆实验：一串照片含三类：目标（重复5次），非目标（重复5次），非目标不重复（5个各一次）。知觉表征系统40401枕叶，2顶叶，3颞叶，4额叶/岛盖回，5扣带回，6运动区对目标反应的增强对重复干扰反应的减弱知觉表征系统214141目标和非目标视觉刺激重复出现，引起腹侧颞叶(ventral temporal，图A)视觉图形敏感区梭状回的激活减弱，说明每次注意和非注意下的加工都留下痕迹，有短时记忆的累积。尤其是非目标，不被注意，甚至不被意识到，也产生重复效应，说明存在无意识下的短时内隐记忆。在额叶/岛叶，对目标的记忆激活可以保持不下降，但是没有对非目标的激活，说明额叶与有意记忆相联系。知觉表征系统42启动范式可以产生内隐记忆。例如：与目标字近形或同义的字做启动（比目标字提早几百毫秒短暂显示，无注意要求），可以帮助目标字的辨认。例子：病人M.S.的视觉皮层受损，他不能在启动范式实验里获得启动效应，缺乏内隐记忆，但外显记忆无损。知觉表征系统的利用：启动范式及其效应知觉表征系统2243非陈述性记忆程序记忆Procedural memory动作或认知技能习惯知觉表征系统非联系性习得习惯化敏感化条件反射情感反应联系性习得知觉启动重学节省saving阈下刺激积累作用非陈述性记忆非联系性习得非联系性习得的关键脑区包括反射通道等。44习惯化的应用：习惯化-去习惯化实验范式给动物、婴儿等缺乏语言能力的被试进行分辨能力考察时，可以使用习惯化-去习惯化范式。例子：6个月婴儿能否分辨8与16？（Xu&Spelky,2000）习惯化：给婴儿反复呈现8个点的图（用不同的视觉空间属性显示，突出数量8的共同点），直至婴儿不再感兴趣看它们。测试：呈现目标（含16个点）和填充（含8个点）的图，16个点如果可以“去习惯化”（即，可以吸引婴儿兴趣和较久的注意），说明婴儿能够分辨8与16。用于习惯化的刺激用于测试的刺激16个点和8个点都是8个点的（或者都是16个点的）非联系性习得2345非陈述性记忆程序记忆Procedural memory动作或认知技能习惯知觉表征系统非联系性习得习惯化敏感化条件反射情感反应联系性习得知觉启动重学节省saving阈下刺激积累作用非陈述性记忆联系性习得联系性习得的关键脑区包括杏仁核、额腹侧眶回、骨骼肌。46联系性习得包括条件反射、情感反应等记忆类型。1.条件反射是在动物本能反应的基础上，经过训练，联系了信号，使得信号发生时本能的反应也自动发生。2.情感反应是在生理性情感（目前知道有明确的大脑皮层联系的情感只有“恐惧”，其余与植物神经系统有关）基础上，经历与情感密切联系的事情后，会在该事情发生时自动产生情感的激活。人的情感反应：与其它动物的异同人的情感反应与低等动物（例如爬行动物）、与非灵长类哺乳类动物是否相同？联系性习得联系性习得2447The six basic universal human emotions(Ekman,2003)六种基本的不分种族的人类情绪害怕讨厌快乐惊奇愤怒悲哀联系性习得48Reptilian brain?Paleomammalian brain?Neomammalian brain?动物进化最近几个阶段的大脑：2549杏仁核下丘脑丘脑sensory stimulations脑桥小脑感官刺激?爬行类动物能体验害怕，愤怒、悲哀、快乐的情绪（鳄鱼为例）；?但是没有情绪调节能力，情绪调节对其生存方式未具适应性意义；?只有脑干和小脑的结构决定其反应模式。爬行类动物的情感：四种基本情绪50胼胝体海马颞叶杏仁核下丘脑情绪调节的双轨模式：次皮层：感官刺激次皮层激活行动；皮层：感官刺激皮层激活皮层对次皮层反应的调节行动（狮子为例，Piazza M,Dehaene S.2004）古哺乳类动物大脑：边缘皮质出现和情绪调节的开始联系性习得2651新哺乳类动物大脑：新皮层出现，情绪调节能力和现代文明的开始人类额叶起重要的调节情绪功能，更好适应人类生活环境。人类的认知和意识参与情绪的调节，出现神经症，比如焦虑，忧郁，强迫意念等。所有情绪障碍都与动物性的基本情绪恐、怒、哀、乐的皮层失调有关。神经症就是人的“心理发烧”，实质是脑的基本情绪失去皮层功能的调节，与认知和意识有关，会产生也可以恢复。联系性习得52杏仁核内侧额叶/前扣带回腹内侧眶回皮层一个受情绪影响的大脑：在杏仁核产生无意识反应，然后受额叶调节联系性习得2753尾状核壳核前扣带回杏仁核眶部额叶皮质尾状核头尾状核尾一个受情绪影响的大脑：在杏仁核产生无意识反应，然后受额叶调节联系性习得5454情绪识别与调节：1)Amygdala:register emotional significance of a stimulus;2)Hippocampus:creates and retrieves memories associated with the stimulus;3)ACC:focus on the situation effectively;4)Orbito-frontal:inhibits inappropriate actions in favor of long-term advantage;5)Ventromedial:emotions are experienced and situation is evaluated;6)Dorsolateral:to form plans and concepts and choose actions(Davidson,2002)眶后前额叶皮质腹正中前额叶皮质背外侧前额叶皮质杏仁核海马前扣带回联系性习得285555?杏仁核 Amygdala:登记和记忆刺激的情绪意义；?腹正中前额皮质 Ventromedial:感受情绪和评估情景。象雷达，搜索、评估、报警；?眶后前额皮质 Orbito-frontal:以主目标为主，抑制无关行动；?扣带回 ACC:经前额评估，把注意锁定在必要刺激；?海马 Hippocampus:形成和提取与刺激有关的情景记忆；?背外侧前额皮质 Dorsolateral：工作记忆执行部分，形成计划和概念，选择行动。(Davidson,2002)联系性习得5656负面情绪的产生和后果影响记忆?恐惧：恐惧由下而上产生；?焦虑：焦虑由上而下产生，是一个较慢的过程，但持续很长；?抑郁：去甲肾上腺素使用过多，就会耗尽，进入木僵状态，产生抑郁症状（过分紧张，压力过大，使转变成多巴胺 使人兴奋，活动，开心的递质转为生成去甲肾上腺素）；?长期压力使内分泌系统释放皮质醇（压力激素），抑制生长激素，抑制神经元形成，海马萎缩；?长期不开心，海马萎缩，记忆力减退。?负面情绪有特定的注意和关注敏感性及其持续性，可以通过记忆（再认）和注意等任务测出。联系性习得29571.感知觉判断客体，情景记忆联系经历与后果，产生认知判断。关键脑区是感觉区和联系区，额叶，内侧颞叶（海马）。2.人类根据情感记忆将客体、行为后果与情绪等身体状态有关的反应（例如恐惧、喜欢等）联系。关键脑区是杏仁核等。3.额叶作判断决策(Wood&Grafman,2003)。关键脑区之一是腹内侧眶回，发送信息到扣带回，由扣带回采取或进或退的控制。4.通过日常实践或者心理治疗习得程序记忆，形成情绪反应网络，成为应急本能，是一种认知自动化反应。5.另一方面，通过自主神经系统发出情感/情绪反应信号，引起神经递质和激素的分泌等非认知的干预，产生较长时的作用。6.较长时的情感/情绪反应如果得不到及时调节，就会产生人类独特的心理障碍，具有认知的和生理的双重影响。人的情感反应：小结心理学应用：什么是本能的反应？以上说明，人类情绪反应除了生理本能，还有认知的程序记忆，自动提取来应对各种情景。社会的人与爬行动物（鳄鱼）因此不同。联系性习得58汶川地震发生后，人们在网上热烈讨论的其中一个问题就是人的本能反应。心理学应用：什么是本能的反应？四川这位母亲在地震面临死亡的瞬间护着女儿。联系性习得3059汶川地震中的教师有谭千秋现象和“范跑跑”现象，都是真实的应对危险的自动化本能反应，差别不在生理本能，而在习得的认知应急本能的取向。这个认知的自动化本能是人所独特具备的，只是各人的联系性习得结果不同。老师张开臂膀保护学生 汶川地震面临死亡的瞬间未来的心理学者：你如何解读？联系性习得60根据Squire and Zola(1993)，?陈述性记忆主要由海马回及其周边组织维持，海马回与新皮层进行双向的信息交流。?非陈述性记忆主要由边缘系统和小脑维持，由这些脑区与其它脑区、并且通过输出和感官的知觉进行单向的信息交流。c)陈述性记忆与非陈述性记忆的不同神经活动特点长时记忆的分类?陈述性记忆可以由海马回与新皮层进行双向信息交流，所以可以在大脑内进行概念加工、想像、发明、甚至幻想、梦想当真。?非陈述性记忆通过动作输出和感官输入进行单向信息交流，所以依赖感官对外界的反馈、手眼配合、受实践检验。倒像例子。31614、长时记忆（完）