讀書什么時間最好?
不要電擊!不要電擊!不要電擊!
大腦中大多數神經細胞不會再生,因此保存在神經網絡中的記憶肯定是隨年齡減少。
如何無視時間,擁有超級好記憶呢?
總結起來,腦力鍛煉、體育鍛煉、良好睡眠(三期睡眠好),都必不可少。
為什么這么說?
可以先看一下人腦的記憶究竟怎么回事。
人的記憶分成“顯性”(explicit )和“隱性”(implicit) 記憶兩大類。
顯性記憶就是能用語言表達的,又分成 “陳述型記憶”和 “事件記憶”。陳述型記憶的內容主要是知識,比如你背誦的唐詩。事件記憶是經歷,比如回憶前天你早飯吃的是什么。
隱性記憶則主要是“程序記憶(procedural memory)”,比如學會騎車、滑雪、跳舞這些連續動作,以及學會的順口溜、外語 。隱性記憶一旦形成可以穩定終生,所以你在小時候學會騎車,即使日后多年不騎車,但一接觸自行車還是馬上能騎。
顯性和隱性記憶在大腦中的關鍵節點:
A 顯性記憶的關鍵點是海馬體(圖中紫色結構),隱性記憶的關鍵節點是基底節(圖中綠色結構)右上角插圖標示海馬和基底節在大腦中的位置。
B 人腦的標本的冠狀切面(即兩耳之間的切面,平面的位置由圖A中的虛線標示)。海馬體和基底節與大腦皮層形成高度互動的網絡,把記憶儲存下來。(大腦皮層即B圖中的大腦外圈,顏色比較深的那層)
C 人腦海馬體(右)和真的海馬(左)比較,體積形狀都相似。
也就是說,當你在廣場上跳“小蘋果”時,用的是程序型記憶;休息的時候和昨天剛認識的大媽打招呼,用的是事件記憶。而進一步和大媽套近乎,講解股市“K線”,用的是陳述型記憶。
那么,如何減緩記憶衰退的速度?
大腦肯定隨著年齡不斷衰退,而體力和腦力鍛煉是減緩記憶衰退的有效武器。
腦力鍛煉主要靠多動腦,學習有挑戰性的新知識最有益。老年大學和退休后公益志愿活動都是極好的腦力鍛煉。
雖然大腦中大多數神經細胞是不能再生的,死一個少一個,但記憶是存儲在神經細胞之間的連接點上的,一個神經細胞與其他神經細胞間有幾千個連接點。一個細胞死亡不會丟失一個記憶,而只會由于相關節點的丟失使記憶減弱,模糊。
上圖是海馬中神經細胞的局部特寫:
彩色小球為神經細胞體,拖著的尾巴是神經纖維。左上方的彩色細線是來自其他神經細胞的纖維。神經細胞通過纖維與其他神經細胞進行廣泛聯系。海馬中有些神經細胞與幾百萬個其他細胞相連。記憶就寄存在細胞之間相互聯系的接點(突觸)上。
而腦力鍛煉可以不斷活躍與記憶有關的神經網絡,強化原有的連接點并創造新的連接點,刷新由于細胞死亡造成的記憶損失。衰退是持續漸進的,而鍛煉也是持續漸進的補償過程。
很多研究認為,變老不是被動的,而是退化與對抗退化不斷相持不下的主動過程,與幼兒的發育、病后恢復非常類似,只不過發生在不同的年齡段。
體育鍛煉與腦力鍛煉同樣重要,主要在以下三個方面:
一是增進健康,消滅高血壓、高血脂、高血糖。心血管健康會讓大腦受益。大腦享受全身20%的供血。腦中每根血管都負責一個重要腦結構的功能,那一根堵塞都會造成嚴重后果。
第二方面是改善心理健康。人的情緒是靠大腦皮層下的神經結構控制的。這些神經結構控制人的興奮、發怒、幸福和沮喪等感覺。人年老后,難免某些神經環路會“搭錯線”,造成各種極端情緒。極端情緒能使很多激素異常釋放,直接破壞記憶的形成。同時也壓抑免疫系統和身體修復的功能,加速衰老。運動可以有效地讓人從這些短路的死胡同里繞出來。
第三方面是運動對增強記憶有直接作用。鍛煉者學習和記憶的能力明顯超過不鍛煉者【1】。因為運動可以增加腦中掌管顯性記憶的關鍵結構“海馬體” (Hippocampus)的血流量和體積。具體說來,由于海馬體直接處理事件記憶,所以戶外運動時海馬體必須一絲不茍地工作,否則就會找不到家。因此,海馬體就得到明顯的鍛煉。另外,運動時肌肉會釋放一種叫作cathepsin B 的蛋白分子,可以促進海馬體分泌更多的神經營養因子,提高記憶能力【2】。
需要注意的是,程序型記憶雖然是終生不忘的,但用年輕時的程序型記憶指揮老年的肌肉卻可能會出問題。
因為程序記憶存儲的是肌肉收縮的時間順序和強度,當肌肉關節衰退后,原來的運動定勢就可能造成錯誤,出現“摔倒”這樣的事故。高齡老人死亡率最高的原因不是心血管疾病,不是癌癥,而是摔倒后骨折造成的臥床。臥床對人的健康是巨大的打擊。因為站立本身需要活動大量肌肉,心血管需要根據姿態不斷調節血壓。宇航員在太空的無重力環境與臥床相似,即使是年輕人在這樣的條件下過幾天,也會站不穩,肌肉退化,骨骼中的鈣大量流失。【3】
因此,持續的體力活動對老人防止跌倒,保持獨立生活的能力是非常重要的。
睡眠對記憶有多重要?
目前,神經科學流行的一種說法是“記憶兩步論”:顯性記憶需要通過睡眠來鞏固。
第一步發生在白天,人的大腦不斷處理信息,隨機把一部分日常經歷的事件記下來。一天下來,腦內很多部分(比如海馬體)就記滿了,就需要通過睡眠來擦除大部分無用的記憶而鞏固有用的部分。
第二步發生在夜間的睡眠中,海馬體會不斷地和大腦皮層共同活動,回放白天的記憶并記住其中一部分 。我們都有這樣的經驗:一覺醒來覺得昨天發生的很多事件被捋順,記得更清楚了。這展示了睡眠對記憶的作用。
在夜里,人的睡眠有幾個循環,每個循環約90分鐘,先是淺睡(術語叫睡眠一期和二期),幾十分鐘后進入深睡(三期)最后是夢境(快速動眼期),如此循環幾次。
老年人睡眠時間減少,主要是深睡的第三期變短,而損失的三期睡眠正是鞏固記憶的“黃金睡眠”期。
一夜睡眠的時相和分期
上: 睡眠分期的腦電指紋。睡前閉眼但清醒時腦電是8-12 赫茲的阿爾法波。進入第一期淺睡后,腦電波變慢(西塔波)。睡眠加深到第二期時,有偶爾的高波和紡錘波。深睡(第三期)以高幅度,低頻率的慢波腦電為主。夢境時,腦電與清醒時相似。
下:睡眠各期在一夜間的循環。第一個小時中從淺睡,第二期到第三期,之后出現夢境。然后再進入第二期第三期。這個循環在一夜中出現幾次。
有個著名的實驗,讓一群年輕的哈佛學生在一天里變為記憶很差的老人:
首先,讓這些學生在睡眠實驗室里,邊睡邊實時監測他們的腦電信號。當三期慢波睡眠的腦電指紋出現時,實驗人員就搖晃床,把三期睡眠破壞成淺睡。如此一夜幾次晃床,雖然總睡眠時間沒變,但第二天測試時,結果卻十分驚人——年輕聰明的哈佛學生竟然變成了老年大學的學生,他們的邏輯能力和顯性記憶都大大下降。而被試學生自己卻一點沒有睡眠不佳的感覺。
不過,該實驗的效果是短時的,只要第二天不干擾三期睡眠,聰明的哈佛學生還是聰明的哈佛學生。這個實驗說明了睡眠對記憶的重要性。【4】
睡眠缺乏除了影響記憶,還會明顯地有害健康。一夜失眠就會使血壓升高,增加血糖和血內的應急激素,并抑制免疫系統。良好睡眠的重要性超過一切體育和腦力鍛煉。
因此,任何年齡的人都要盡一切努力保證充足的睡眠。體育運動和規則生活可以幫助睡眠,而中老年人為了有足夠的高質量睡眠,也需要有足夠強度的體育鍛煉。
參考文獻
1. Erickson et al., (2011) Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. PNAS, 108 (7): 3017–3022 http://www.pnas.org/content/108/7/3017
2. Moon HY, et al., (2016) Running-Induced Systemic Cathepsin B Secretion Is Associated with Memory Function. Cell Metab. 2016 Aug 9;24(2):332-40. doi: 10.1016/j.cmet.2016.05.025. Epub 2016 Jun 23
3. 見美國宇航局科普網站 https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/benefits/bone_loss.html
4. 很多基礎知識和參考文獻見https://en.wikipedia.org/wiki/Sleep_and_memory, 最近有一個非常有趣的直接實驗見 Fattinger S., de Beukelaar TT., Ruddy KL, Volk C, Heyse NC, Herbst JA, Hahnloser RHR, Wenderoth N, Huber R6 (2017) Deep sleep maintains learning efficiency of the human brain. Nat Commun. 2017 May 22;8:15405. doi: 10.1038/ncomms15405.