作者 | Earl Miller
翻译 | 伊利
审校 | 酷炫脑主创 & 小草
朗读 | Yikes
美工 | 豆浆
编辑 | 灵沅
记了马上又忘了，为什么我们短时记忆能记住的东西那么少？大脑存储短时记忆的能力极其有限，当记忆信息过载时，大脑特定区域间的对话就中断了。
1956 年，著名的认知心理学家 George Miller 发表了该领域引用最广的论文之一，“神奇的数字7±2 ”。Miller 对短时记忆能力进行了定量研究。他在论文中提到，尽管大脑可以存储这一生学到的知识，他发现人的短时记忆的储存能力平均在7±2个信息块左右。
这些信息块可能是一系列数字，分散在房间周围的物体，列表中的单词或重叠的声音。无论这些信息块是什么，它们中只有七个可以被容纳在工作记忆中（工作记忆对我们的注意力和其他认知过程很重要）。它们保留在我们的工作记忆中的时间是短暂的，当我们不再积极地回顾它们时，它们将被存储在其他地方或被遗忘。
自从 Miller 发表了这篇论文之后，神经科学家和心理学家一直在研究工作记忆的限制。他们发现工作记忆的能力非常有限。比起 Miller 提到的 7 个信息块的限制，他们发现实际限制可能更接近于 4-5 个信息板块。与此同时，他们还研究了应对这种限制的策略，我们可以通过分块记忆的方式来记住电话号码的所有数字。例如把数字组成一组，再通过记住每一组的数字记忆一长串的电话号。就好比与其单独记忆 1-3-8-1-1-5-0 ， 我们可以把它分成 138-1150 来记忆。
假如你的短时记忆像一般人那样,一次记7±2更容易记住长串数字 | 雅虎UED
但是至今为止科学家们都难以解释工作记忆为什么会有这么低的限制。他们发现储存任何超过此限制的信息都会导致信息的衰退: 神经元变得不那么活跃，大脑的节奏发生变化。精神分裂病人等被诊断患有神经系统疾病的患者，一次性能够记住的信息块甚至更少。
3 月份发表在《 Cerebral Cortex 》杂志上的一篇论文中，科学家发现大脑不同部位之间的“反馈”信号显著减弱是导致信息块衰退的原因。这项研究加深了我们对记忆功能和记忆障碍的了解。麻省理工学院的神经学家 Earl Miller 以及 Dimitris Pinotsis 助理教授 Timothy Buschman 一同研究了工作记忆的容量限制如此之低的原因。
《夏洛特烦恼》
他们已经知道大脑的三个区域——前额叶皮层、额叶视野和外侧顶叶区域——在工作记忆中是活跃的。但他们还没有观察到与记忆衰退有关的神经活动的变化，而这种变化是在超过工作记忆极限的情况下发生的。所以他们复现了 Miller 关于工作记忆的实验。
研究人员在猴子面前放映了一系列由彩色方块组成的画面。猴子们必须观察画面之间的差异。有时正方形的数量低于它们的工作记忆容量，有时则高于工作记忆容量。放置在猴子大脑深处的电极记录了不同神经元群在完成任务时产生脑电波的时间和频率。
在 Miller 和他的同事们近期的研究中，他们从猴子身上收集的数据中了解了记忆网络是如何运作的。他们建立了一个详细的记忆模型，这其中包括特定神经元群的位置行为(比如兴奋或抑制)，或者是特定脑波的频率。
《海绵宝宝》
之后研究人员提出了几个假设，用于解释当猴子需要记住的东西越来越多的时候，不同的大脑区域是如何相互交流的。他们将这些计算结果与实验数据进行了比较，证实了大脑的前额叶皮层似乎有助于构建一个内部的世界模型，它发出所谓的“自上而下”的反馈信号，将这个模型传递到较低层次的大脑区域。
与此同时，额叶眼动区的表层和外侧顶叶区域以自下而上或前馈信号的形式将原始的感觉输入发送到前额叶皮层较深的区域。自上而下的模型和自下而上的感觉信息之间的差异，使大脑能够了解它正在经历什么，并相应地调整它的内部模型。
研究人员发现，当要记住的东西的数量超过猴子的工作记忆能力时，从前额叶皮层到其他两个区域的自上而下的反馈联系就会中断。根据该模型，反馈信号的减弱导致大脑区域之间无法同步。如果没有来自前额叶皮层的以预测为导向的交流，工作记忆网络就无法同步。
《记忆大师》
但是，为什么自上而下的反馈对记住的项目数量这么敏感呢？
研究人员的假设是，来自前额叶皮层的建模信息本质上代表了一组关于大脑在世界上会感知到的预测———在这种情况下，项目的内容被保存在工作记忆中。伦敦大学学院的神经学家 Karl Friston 说：“我们在脑中对现在看到的句子有表征，或者期望实际上意味着我们对过去和未来也有某种内隐的表征.”
许多神经科学家认为，大脑在很大程度上依赖于这种感官数据的“预测编码”来执行其常规的认知功能。但是 Miller 和他的同事们认为，当储存在工作记忆中的项目数量太大时，这些项目的预测就无法轻易地被编码到反馈信号中，因此导致了反馈失败以及过载的工作记忆系统崩溃。
在科学家的工作记忆模型中，Miller 的实验室和其他实验室正在努力调查脑电波之间还有什么更重要的相互作用。之前的工作记忆模型通常将重点放在单个神经元的激发活动上。他们目前还在调查为什么工作记忆的上限徘徊在四到五项信息块而不是其他数字上。
对工作记忆预测编码模型的理解，不仅可以使我们更好地了解大脑的工作方式以及相关的神经系统疾病，还对我们的智能甚至是自我也具有关键意义。更好地了解大脑的反馈连接正在做什么，会令人工智能研究迈出一大步，而人工智能研究目前更多地集中在前馈信号和分类算法上。但是，有时人工智能会需要根据所记住的内容而不是所看到的内容做出决定。
参考资料
[1]Miller, G. (1994). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 101(2), 343-352. doi: 10.1037/0033-295x.101.2.343
[2]Pinotsis, D., Buschman, T., & Miller, E. (2018). Working Memory Load Modulates Neuronal Coupling. Cerebral Cortex, 29(4), 1670-1681. doi: 10.1093/cercor/bhy065
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