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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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你怎么知道眼前这个红红的、圆圆的水果,是苹果而不是香蕉呢

2017-12-28 13:47:00

  如果让你描述所处的环境,你可能会把看到的事物一一罗列出来:“我面前有一张桌子,桌子上有一台电脑,电脑旁边放着些水果,有苹果、香蕉……”

  等等!你怎么知道这个圆圆的、红红的东西就是苹果呢?你又怎么知道苹果和香蕉虽然长得一点都不像,但都属于水果呢?

  这个问题似乎很好回答——爸爸妈妈教的嘛!但如果换个问法,它就不简单了:眼睛看到的事物,是怎样被大脑认识、理解并记住的?又是怎样与大脑已有的记忆联系起来的?

  从眼睛到大脑的接力传递

  眼睛看到的视觉信息要传递到大脑,首先要到初级视觉皮质那儿报个到。不过,初级视觉皮质剥丝抽茧,只得出最基本的视觉信息,例如线条、颜色、运动方向等。真正通往大脑的“高速公路”,是腹侧视觉通路。

  视觉信息沿着腹侧视觉通路,一步步从一个脑区传递到另一个脑区,每经过一处,物体的模样就逼真了一分。

  以认脸为例,在第一站,零零碎碎的线条组成了三角形、椭圆形等简单的图形轮廓;到了第二站,轮廓里有了颜色;在下一站,图形按一定的相对位置排列了起来……

  就这样,沿着腹侧视觉通路,物体的模样变得越来越生动,逐渐形成了鼻子、眼睛、嘴巴。然后,所有的信息组合在一起,形成完整的一张脸。

  最后一站是前颞叶。在这个脑区里,视觉信息以不变量的形式固定在大脑中。不变量的意思是说,无论观察的角度、距离、光线条件等外部因素如何改变,大脑始终明白这是同一个事物。

  生活中不乏这样的例子:即使你的语文老师站在另一间教室里,你仍然认得她是你的语文老师;你的自行车在大雨里淋了几天,变得锈迹斑斑,你仍然认得那是你的自行车。

  别小瞧了前颞叶的这个功能,正因为大脑可以将视觉信息以不变量的形式固定下来,眼睛看到的事物才能够形成语义记忆。

  语义记忆是什么

  记忆有很多种。比方说,同样是关于苹果的记忆,全家一起去果园摘苹果的愉快经历,是一种记忆;苹果是一种圆圆的、红红的、长在树上的水果,这些小常识是大脑中的另一种记忆。

  这两个例子分别代表了记忆的两个类别——情景记忆和语义记忆。情景记忆记住的是你经历的某一件特定事件,而语义记忆是指对事物特征的理解和认识。

  这两种记忆是不同的。全家一起摘苹果,这是专属于你自己的经历,其他人没有这段经历,也就不可能拥有跟你一样的情景记忆。但“苹果是一种圆圆的、红红的、长在树上的水果”,这是对苹果的认知,很多人都知道这些常识。而且,语义记忆跟亲身经历没有直接关系,换句话说,就算你没有摘苹果的经历,也知道苹果是长在树上的。

  语义记忆不仅包含了事物的大量特征,还包含了事物之间的联系。比如,在语义记忆里,苹果对应着许多特征——圆圆的、红红的、可以吃的、有皮、有核、长在树上的,不过有一些特征并不是苹果独有的,“可以吃的”就不是——香蕉也可以吃。 根据这些特征,我们可以快速理清它与香蕉之间的关联:它们都可以吃、都有皮、都长在树上,由此我们推断苹果和香蕉是相近的,都属于水果。

  咦,为什么这头骆驼没有驼峰

  如果语义记忆出现了障碍,会怎样呢?这就是语义性痴呆患者所面临的情况。

  语义性痴呆患者记不住事物的特征。比如,我们知道骆驼的一个显著特征是背上的驼峰,但语义性痴呆患者对此全然不知。当看到骆驼的图片时,他们不知道为什么这家伙的背上会有山峰状的东西,甚至不知道这是一头骆驼。

  如果让语义性痴呆患者根据记忆画出鸭子、骆驼、海豹和青蛙,他们的4幅画作会惊人地相似:虽然这4种动物形貌迥异,但在他们的笔下,所有动物都如出一辙地成为一个身子、一个头、四条腿,外加一条尾巴的组合体,至于骆驼的标志性特征驼峰、海豹的标志性特征鳍,画里统统没有。

  向语义性痴呆患者出示左边一列的4张图,10秒之后,让他们凭记忆画出图上的4种动物,右边一列就是他们的画作。在他们的笔下,已经完全看不出这4种动物分别是鸭子、骆驼、海豹和青蛙了。

  除此以外,他们还可能混淆不同事物的特征,比如把牙刷误认成汤匙,或者像拧螺丝刀一样使用水果刀。

  那么,为什么会出现语义记忆的障碍?问题出在大脑中的哪个部位呢?

  神经科学的一个目标,就是理解大脑中不同的区域分别“掌管”哪种记忆,而方法之一,就是观察记忆功能出现障碍的人群的大脑。如果我们想知道语义记忆跟哪个脑区有关系,可以研究一下语义性痴呆患者的大脑:倘若他们的大脑的同一个区域出现了问题,就可以推断,这一区域在语义记忆中扮演了至关重要的角色。

  幸运的是,我们有先进的技术手段——磁共振成像(简称MRI),它可以利用强大的磁场,拍摄大脑的内部结构。照片一目了然地显示,语义性痴呆患者的大脑前颞叶都出现了不同程度的损伤,所以语义记忆是储存在前颞叶里的。

  语义记忆有什么用

  我们能安然无恙地活着,离不开视觉。比如,当我们走路的时候,我们睁大眼睛,确保不会掉进坑里,也不会撞到墙上;切苹果的时候,我们用眼睛盯着水果刀,这样才不会割到自己的手。

  然而,当我们第一次看到一个物体的时候,大脑怎么知道如何使用它呢?举个例子,当你在第一次使用小刀的时候,你怎么知道要握住刀把而不是刀刃呢?当有人让你从桌上递一把小刀的时候,哪怕离你最近的一端是刀刃,你也会避开刀刃握住刀把,这是为什么呢?

  这多亏了语义记忆。语义记忆是由事物的大量特征组成的,其中就包含了它作为工具的使用方法——应该在什么场合下使用,如何使用。回到上面的例子,正因为你的大脑里已经储存了关于小刀的语义记忆,所以你才会毫不犹豫地握住刀把,而不会让刀刃伤到自己。

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