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關於 “記憶" 這本書的第一部, 被我拆散成幾個單元來做筆記. 這次進入第一部的最後一個部分, 主要有關於壓力. 朋友說他臉書上的朋友不約而同地出國去玩了, 其實我的也是. 大家普遍認為旅遊可以釋放壓力. 當然, 也有人說回來上班後豈不是壓力更大? 算起來沒有比較好. 其實, 根據本書的說法, 壓力跟記憶有關, 而且跟充放電有關, 所以偶爾放鬆一下比較好.

首先記憶這個東西, 內容包括人事時地物. “地" 這個因素在上次說到計程車司機的右側海馬迴比較發達. 2014 年諾貝爾生理學暨醫學獎得主之一的約翰歐基夫 (John O’ Keefe) 做過一個實驗, 他在大鼠 (rats, 非白老鼠) 的海馬迴神經元上接了微導線, 然後讓大鼠在密閉空間走動. 他發現大鼠走到特定位置, 對應的海馬迴就會活躍, 因此這表示海馬迴為這個位置標記了地點, 這些細胞就是位置細胞 – 位於海馬迴.

而大鼠能辨識特定位置是靠著全身的感官而不是磁場. 假如把大鼠放到密閉空間外面, 即使只隔一道牆, 觸發的位置細胞又是另外的一組. 把全部感官統合成一組資訊的能力, 是靠著 2005 年發現的內嗅皮質(entorhinal cortex) 細胞. 它以高頻電流電擊海馬迴, 所以海馬迴產生樹突蛋白, 把細胞連接成集群, 構成位置有關的編碼.

如果這段記憶非常值得記, 它還會被回放到大腦皮質, 成為永久記憶. 那麼誰來決定值不值得呢? 就是前額葉皮質看這個故事 (人 “事" 時地物) 編得好不好, 感不感動來決定的. 有感覺的時候才會覺得時間過得很快. 沒感覺的話, 不但覺得度日如年, 其實大腦根本處在半醒的狀態, 讓你記不得發生什麼事? 這稱之為喚醒不足或是喚醒低下的遲鈍狀態 (obtunded state).

本書作者不相信靈魂, 也不認為意識是神蹟. 總之, 腦幹要先醒著, 才能開機. 腦幹受損的話, 就是腦死. 無論是躁鬱症患者或是醉漢, 在關機 (鬱症期)、開機不足的狀態下是沒有記憶的. 醉漢可能講話尚能連貫, 但這種狀態無法產生記憶. 當然酒醒之後就什麼都不記得了 (alcoholic blackout). 冬眠的松鼠會發生海馬迴神經連接性降低, 樹突分支數下降. 等到春年快醒的時候, 海馬迴連接性才會開工並大爆發.

那麼 “時地物" 的"時"呢? 2010 年另外一個大鼠實驗證明海馬迴在寫位置細胞的順序, 就是時間的編碼. 雖然說我們人類比較聰明, 但是很多人被問到身分證後 4 碼, 手機後 3 碼, 都要從第一個字開始依序提取才能說得出來, 甚至說不出來還反嗆超商店員. 所以海馬迴中依序放電的細胞也稱之為時間細胞 (time cells). 它並不是指大腦中有一些細胞專門記憶時間, 而是寫入的順序也同時依序被記憶 (編碼)了.

好, 現在開始講壓力了. 以前學校教過, 遇到緊急狀況, 會分泌腎上腺素 (Adrenaline), 其實腎上腺就能分泌好幾種激素 [2], 我們特別強調的這種是正腎上腺素, 又稱去甲(基) 腎上腺素 [1]. 而皮質醇（Cortisol）是一種類固醇激素, 也被稱為腎上腺皮質激素. 當身體處於壓力或應激狀態時, 皮質醇的分泌量會增加, 以幫助身體應對壓力. 實際上的作用包括抑制海馬迴放電.

早期大家會把壓力和皮質醇濃度畫上等號. 但作者在 1990 年研究慢性疲勞症候群 (chronic fatigue syndrome) 時發現, 患者的皮質醇的濃度低於平均, 而不是高於平均. 憂鬱症患者的皮質醇的濃度則高於平均. 雖然壓力大會影響記憶力, 但從另外一個角度來看, 慢性疲勞是解藥 (皮質醇) 給得不夠的關係. 憂鬱症患者雖然拿到更多解藥, 但心病只靠藥也治不好. 總之, 雖然腎上腺素和皮質醇不是同一個東西, 它們可能伴隨著出現.

此時再回頭看記憶的形成. 神經元先要被激發到某個最低標準才能產生樹突蛋白. 皮質醇激發海馬迴多久? 海馬迴就能長出樹突多久? 所以當皮質醇水平過低, 神經元就不容易被觸發, 而無法形成記憶. 相對地, 如果皮質醇水平過高, 海馬迴會被過度喚醒, 此時也無法記憶. 有些患者會因為過度緊張而產生僵直的狀況 (waxy flexibility) – 姿勢很痛苦但無法回復, 或是心理枕頭 (psychological pillow) – 好像有個空氣枕頭, 無法平躺. 在這些極端的狀態下, 人也會失憶.

我們可以想像皮質醇需要從低到高, 海馬迴才能正確動作. 持續 pull low, pull high 都沒用. 自主神經系統和去甲腎上腺素之間也是同樣的關係, 太高太低都無法激發神經元. 如果孩童受到壓力, 他的海馬迴容易受損, 建立樹突的複雜度會降低. 所幸, 研究顯示抗憂鬱藥物有助於海馬迴回復可塑性, 和前額葉皮質、杏仁核產生連接 (reversible remodelling).

總而言之, 本書 part 1 描述了人怎麼記憶. Part 2 要講記憶怎麼影響人.

[REF]

1. 去甲腎上腺素
2. https://helloyishi.com.tw/urological-health/kidney-disease/adrenal-glands/

進入 “記憶" 一書的 “隱藏的皮質", 主要介紹非資料性的記憶, 那就是感覺和情緒. 有時一陣莫名的感覺湧上心頭, 也能勾起一串回憶. 所以情緒和感覺也是能夠記憶的. 不過不同於前額葉皮質那條路徑較長 (嗅覺 –> 海馬迴 –> 嗅覺皮質), 有條高速公路可以先到杏仁核 (amygdata). 嗅覺神經直接延伸到杏仁核, 立刻可以激發感覺, 例如臭到想吐. 這也可以解釋為何人要擦香水, 古人早就發現嗅覺能在理智發生之前就能牽動情緒.

杏仁核跟海馬迴一樣具有可塑性, 特別是跟視覺細胞的互動. 看到龐大的對手會覺得恐懼, 杏仁核就扮演這樣的腳色. 被除去杏仁核的猴子會忘記要懼怕猴王, 一直找別人打架, 然後被打得很慘又變成邊緣猴. 那麼恐懼的編碼是怎麼來的呢? 總要有先前恐懼的記憶吧!? 沒錯! 但它更多像是全身性的記憶.

杏仁核、海馬迴、下視丘 (又稱下腦丘, hypothalamus) 三者的連鎖反應構成全身性的記憶. 當我們的杏仁核像火星塞一樣點火的時候, 所有的相關資料會匯集到下視丘. 下視丘再決定送什麼資料 (如皮質醇濃度) 給自主神經系統 (autonomic nervous system). 可能是一見鍾情, 喜歡到昏倒. 也可能是太過害怕, 嚇到全身發抖. 這些都是理智所無法控制的身體反應.

這邊也穿插了一個測謊機的原理. 大家都知道說謊如果緊張就會被機器識破. 但緊張這件事不是靠著跟自己說不要緊張就可以解決的. 當上述的自主神經系統被活化, 人類就不太能控制自己. 也就是說, 測謊的時候問一些平淡的問題可能沒有效果. 一定要問尖銳的問題, 讓杏仁核活動起來才會進入理性不可控制的狀態.

接下介紹很少人聽過的腦島 (又稱作島葉, insula). 它的功能是情緒的詮釋者. 我們可能難過得大哭, 也可能喜極而泣. 在同樣身體反應下, 背後情緒的不同就是由腦島翻譯的. 第一時間我們的反應來自神經細胞-杏仁核-海馬迴-大腦皮質, 第二反應來自神經細胞-前額葉皮質-海馬迴-大腦皮質, 第三個反應來自前額葉皮質-腦島. 雖然怕還是要做, 雖然難過還是要堅強, 這就是腦島大致的功用.

左腦島似乎跟好事有關. “購物療法" (retail therapy) 的理論基處就是活化左腦島, 買東西後的滿足感, 順便也就對每件事有更好的解釋. 失智症的人腦島會逐漸萎縮, 他們無法對發生的事件進行再解釋, 而且會失去噁心的感覺. 至於所謂的正念 (mindfulness) 冥想也是基於同樣的學理, 透過好的內在感覺, 也就能調節自主神經系統. 讓身心靈舒適.

至於很多人說 “腸腦共感", 像是廣告說吃益生菌能減壓助眠. 它的理論基礎也是在於腦島負責收集各種感官, 不只是前額葉皮質在負責的五官, 連內臟和器官都連結到腦島. 如果照顧好腦島, 讓它往好的方向聯想, 說是能助眠也很合理. 另外書上也有另外一個例子, 就是討厭一個東西, 也能夠讓身體產生不舒服的幻覺 (somatic hallucination).

[Note]

本篇的圖片都取材自 “記憶" 一書.

現在 AI 的模型愈大愈龐大, 如果每次都要重新 training, 勢必要花費大量的資源, 顯得不太合理. 馬斯克甚至以危害人類安全為由, 呼籲別人要等他半年 [1] . 至於我們的人腦是怎麼樣不斷地增添新的能力, 而不用重新洗腦呢? 關鍵就在海馬迴 (hippocampus).

根據 [2] 這本書, (對, 我還沒看完, 剩很多). 人類的知識經過感官的輸入之後, 會經過前額葉皮質 (prefrontal cortex) [4] 整理, 以及海馬迴的編碼, 經過樹突 (dendrites) 固化, 產生大腦皮質(cerebrail cortex) 中的記憶. 其中，最像類神經網路 (Neural Network/NN) 的部分就是樹突的分支, 一個神經元可以長出一萬五千個分支 (arborizing) . 分支上的強度對應到 NN 的權重. 樹突固化後就成為長期記憶. (本書說大腦有 680 億個神經元, 別的文章也有說一千億的.)

本圖取材自 [5] – 格瑞絲心理諮商所

當一個人得了失智症, 大腦的某些區域會萎縮, 會被 “石化" 的類澱粉蛋白阻塞或者神經纖維纏結. 即使有人說那篇論文作假 [3], 但是這個理論還是被廣泛接受. 短期失憶症的狀況不同, 他們的技能並沒有失去, 但是左側海馬迴無法進行編碼, 因此也就無法活化相關樹突, 並取出有用的資訊. 感官的功能雖然還在, 前額葉皮質也把資訊提供了, 但沒有海馬迴, 相關神經元只能活化一兩秒鐘. 只要場景發生變化 (例如走出房門), 剛剛活化的神經元就都失效了.

附帶一提左側海馬迴也跟憂鬱症有關. 換憂鬱症的人, 左側海馬迴會愈來愈萎縮. 至於右側海馬迴, 跟位置的記憶有關. 計程車司機的右側海馬迴會變得更發達. 左右兩側的海馬迴在分工上雖然有些差異, 但是他們共享一個前額葉皮質, 共享我們的感官, 運作的原理也相同吧! 主要就是這個編碼. 有一位因為嚴重癲癇而被切除左右兩側海馬迴的 HM 先生, 他的記憶只能回溯到手術的三年前. 因此三年被認為是海馬迴固化 (consolidation) 長期記憶所需的時間.

既然海馬迴搞定一段記憶要這麼久, 那麼它對 AI 還會有甚麼啟示嗎? 根據 “記憶" [2] 這本書第一章說的: “白天皮質電擊海馬迴的流程, 睡眠時間海馬迴電擊皮質." 這跟前人想出的 back propogation 可說有異曲同工之妙. 人類在白天編資料進去, 用晚上睡覺的時間把相關資料提取出來做固化. 至於 AI 的資料訓練則是以 batch 來做, 一個 batch 相當於人類的一天, 一個 epoch 相當於一筆主題.

當然訓練電腦和人腦不一樣的地方很多. 人類一天有 16 個小時在蒐集不同的感官資料, 但訓練電腦一次使用大量同類的資料, 並針對一個目的來訓練. 相形之下, 人類對每個學習目標的訓練樣本如此之少 (例如沒見過的單字只默念兩遍, 陌生的臉孔擦肩而過), 所以它必須東拉西扯去找相關的形音義, 人事時地物來綁定這個記憶才記得起來. 這也就是本書中所謂的自傳性記憶 (biographical memory).

關於做夢, 也就是快速眼動期 (REM = rapid eye movement). 書上的解釋是在對大腦皮質寫入資料時, 活化了一些大腦皮質的細胞. 大概類似 RAM 的 word select, 也就順便喚醒一些相關的記憶. 白天前額葉皮質暫存的感官刺激, 睡眠時和海馬迴產生交互作用, 微調著各種參數和新增分岔. 當寫資料的動作太活躍 (要改寫的參數太大?), 某些浮光掠影就會進入我們的夢中, 就是所謂的 “日有所思、夜有所夢". 等到進入熟睡狀態, 反而是不會做夢的. 那時候應該在專心地冷卻吧!? 哈!

[REF]

1. 別再訓練AI！馬斯克等大咖籲業界停止研究人工智慧系統
2. 記憶：我們如何形成記憶，記憶又如何塑造我們？精神病學家探索解析大腦記憶之謎
3. https://health.udn.com/health/story/7392/6566467
4. 前額葉皮質
5. https://www.gracecc.com.tw/counseling/15/37/107/

[附錄]

朋友 Shao po 的失憶經驗 (請 ChatGPT 翻譯成中文)

繼續閱讀「海馬迴小筆記」

這個標題看起來像是在罵人, 不過它是 “記憶" 這本書第一章的亮點. 記憶為何會牽扯到精神病呢? 因為精神病患常常有幻視幻聽等症狀 (失智者也會), 而且他們對這些幻覺有長期的記憶 (嗑藥好像也會). 為何虛假的東西會被當成是真實的事情, 並且被大腦記錄下來? 本書的第一章就在討論這個.

作者薇洛妮卡‧歐金在"記憶：我們如何形成記憶，記憶又如何塑造我們？精神病學家探索解析大腦記憶之謎" 一書中, 就是以精神病學家的角度切入 “記憶" 這個主題. 作者認為瞭解異常, 有助於認識正常. 早期人們從宗教的觀點認為有些人得了精神上的怪病, 但科學家慢慢找出怪病的原因, 因此把這類疾病從精神病變成了神經病.

既然是西方老外寫的書, 精神異常一定要綁定文化背景. 例如在大中華文化圈, 如果曹孟德常常看見死者向他索命, 老一輩的人會說他害死太多人, 所以有冤鬼來報仇. 但近代科學家可能認為幻視幻聽是失智症的一種. 諸如此類. 同理, 當西方人發現所謂精神感受來自於大腦, 而不是靈魂, 靈魂的影響力就減弱了.

19 世紀的精神病院病人, 有 25% 的比例被認定為 “麻痺性癡呆" (General Paralysis of the Insane = GPI), 其病徵是道德錯亂. 但是到了 1880 年代, 人們發現這是梅毒末期所造成的腦病變. 1950 年代, 盤尼西林發明後, GPI 從精神科轉到內科治療. 再經過梅毒螺旋體的發現, 這個疾病發生的原因也由 “性濫交造成的精神錯亂" 轉為 “傳染病".

另一個例子是腦炎 (抗 NMDA 受體腦炎 = Anti N-methyl-D-Asparatate-encephalitis), 得到這個病之後同樣會發生精神錯亂, 包括幻聽、妄想、動作障礙. 所以原先由精神科處理, 但其實這是一種自體免疫疾病 (autoimmunity), 因為抗體攻擊人類自己的 NMDA 受體所引起.

總而言之, 得了神經病還是比精神病好一點. 因為我們知道原因. 在排除偽精神病之後, 作者順手批判笛卡兒的二元論是偽科學, 因為他主張的二元論把心智 (mind) 和大腦 (brain) 分別當作心和物兩種物件, 但作者認為心智都有物理依據. 就像是精神病都有神經學的基礎. 當然, 笛卡兒更有名的是 “我思故我在". 歷史地位沒有問題. 這裡就只鎖定的一個觀點: 笛卡兒認為上帝所創造的靈魂是完美的, 而生活的感官經驗沒那麼重要. 和他打對台的人, 則是感覺主義者 (sensationalist).

書上說: 上帝給的叫做 Knowledge (天命?), 自己學到的知識叫 knowledge (學問?), 分別是大 K 和小 k. 這兩種知識的爭論跨越 16,17 世紀. 雖然我 Google 不到相關資料, 但這個題目很有趣. 本書第一章的後半也在講這個. 後來有個實驗證明, 55 歲才恢復視力的一位維吉爾先生, 當他重獲視力, 短期間還是不能把以前熟知的圓形、方形, 和眼睛看到的球與方塊做連結. 故作者認為心智的初始值就是一片空白, 所有的感覺 (或者應該理解為知覺?) 都是記憶所餵養的.

我們從訓練 AI 模型的經驗可以知道, 每個人都有數量相當的腦細胞, 不過有人初始值設得比較好, 有效的參數比較多, 甚至預設好幾組 trained 好的 model (音樂, 數學, 體育…etc.), 所以日後即使受同樣的教育 (re-train / fine-tune), 也會有不同的表現. 基本上這和作者的觀點差不多, 但只要了解過 AI 怎麼學習, 我就會假設人類也是這樣學習. 這個觀點暫時已經回不去了. 但是書就繼續讀下去~~~