木泽：从人工智能软件当中探知脑科学组织中短期记忆的神奇魔法

短期记忆会根据任务的复杂程度使用不同的大脑回路。

芝加哥大学的神经科学家的研究表明，短期的工作记忆能够根据手头任务的不同复杂程度相应的使用不同的神经元网络。

研究人员利用现代人工智能（AI）技术训练计算神经网络，以解决一系列复杂的行为任务，这些任务需要在短期记忆中存储信息。

基于大脑的生物结构的人工智能网络揭示了两种不同的短期记忆过程。

一种是“静默(silent)”过程，即大脑储存短期记忆而不进行持续的神经活动，

另一种是更为活跃的过程，即神经元回路不断地燃烧。

发表在《自然神经科学》杂志上的这项研究由加州大学的高级科学家Nicholas Masse博士和神经生物学教授David Freedman博士带领。

Freedman说：“短期记忆可能由许多不同的过程组成，从（需要回忆几秒钟前看到的东西的）非常简单的过程，到（需要操纵记忆中的信息的）更复杂的过程。”我们已经确定了两种不同的神经机制如何相互协同工作以解决不同类型的记忆任务。”

活跃记忆与静默的记忆

许多日常任务都需要使用工作记忆。工作记忆是指你现在做事的时候需要记得，但以后可能会忘记的信息。有时你会有目的地积极记住一些事情，比如当你在头脑中做一个数学题，或者在你有机会记下电话号码之前试图记住它。你也会被动地吸收一些即使你没有记住，但你以后能回忆起来的信息。比如，有人问你是否在走廊里看到了某个人。

神经科学家通过监测动物在执行需要使用短期记忆的任务时大脑中的电活动模式，了解了大脑如何表示记忆中的信息。

然后他们可以监测脑细胞的活动，并在动物执行任务时测量它们的活动。

但Freedman说，他和他的团队很惊讶，在某些需要记忆信息的任务中，他们的实验发现神经回路异常安静。

这使他们推测这些“沉默”的记忆可能存在于神经元之间连接或突触强度的暂时变化之中。

问题是，目前的技术不可能测量动物大脑突触在“静默”期发生了什么。

因此，Masse、Freedman和他们的团队一直在开发人工智能方法，利用动物实验数据进行网络设计，模拟真实大脑中的神经元相互连接的情况。然后，他们以此训练网络，以便解决动物实验研究中的相同类型任务。

在这些（受生物启发的神经网络的）实验中，他们能够看到短期记忆处理过程中的两个不同过程。

其中一种被称为持续性神经元活动，这些活动在更复杂而又短期的任务中尤为明显。

当一个神经元获得一个输入，它会在活动中产生一个短暂的电尖峰。

神经元与其他神经元形成突触，当一个神经元被激发后，它会触发连锁反应的，激发另一个神经元。

通常，当输入消失时，这种活动模式就停止了，但人工智能模型显示，在执行某些任务时，一些神经元回路甚至会在输入消失后继续放电，比如混响或回声。这种持续的活动对于更复杂的问题显得尤为重要，这些问题要求以某种方式操纵内存中的信息。

研究人员看到的第二个过程解释了大脑如何在没有持续活动的情况下将信息保存在记忆中，这和他们在大脑记录实验中观察到的一样。这一过程类似于大脑通过许多神经元之间建立的复杂连接网络，将事物储存在长期记忆中的方式。当大脑学习新的信息时，这些连接会得到增强、改变路线或移除，这一概念被称为可塑性。人工智能模型显示，在记忆的静默期，大脑可以利用神经元之间突触连接的短期可塑性来暂时记忆信息。

这两种形式的短期记忆从几秒钟持续到几分钟。最终，工作记忆中使用的一些信息可能会被长期存储，但大部分都会随着时间的推移逐渐消失。

Masse说：“这就像用手指在模糊的镜子上写东西，而不是用记号笔写。”

研究的辅助领域

这项研究证明了人工智能对神经科学的研究有多大的价值，以及这两个领域是如何相互联系的。Freedman说，当人工神经网络模仿真实的大脑时，它们通常更智能，更容易训练复杂的任务。这也使得受生物启发的人工智能网络成为测试真实大脑功能之想法的更好的平台。

他说：“这两个领域真的相互都能受益。”来自神经科学实验的洞见正在帮助创造更智能的人工智能，研究人工网络中的回路有助于回答一些大脑的基本问题。”

附：

提高记忆力，实际就是尽量避免和克服遗忘。在学习活动中只要进行有意识的锻炼，掌握记忆规律和方法，就能改善和提高记忆力。下面介绍增强记忆的十种方法。

1.注意集中。记忆时只要聚精会神、专心致志，排除杂念和外界干扰，大脑皮层就会留下深刻的记忆痕迹而不易遗忘。如果精神涣散，一心二用，就会大大降低记忆效率。

2.兴趣浓厚。如果对学习材料、知识对象索然无味，即使花再多时间，也难以记住。

3.理解记忆。理解是记忆的基础。只有理解的东西才能记的牢、记得久。仅靠死记硬背，则不容易记住。对于重要的学习内容，如能作到理解和背诵相结合，记忆效果会更好。

4.过度学习。即对学习材料在记住的基础上，多记几遍，达到熟记、牢记的程度。过度学习的最佳程度是150%。

5.及时复习。遗忘的速度是先快后慢。对刚学过的知识，趁热打铁，及时温习巩固，是强化记忆痕迹、防止遗忘的有效手段。

6.经常回忆。学习时，不断进行尝试回忆，可使记忆错误得到纠正，遗漏得到弥补，使学习内容难点记的更牢。闲暇时经常回忆过去识记的对象，也能避免遗忘。

7.读、想、视、听相结合。可以同时利用语言功能和视听觉器官的功能，来强化记忆，提高记忆效率，比单一默读效果好的多。

8.运用多种记忆手段。根据情况，灵活运用分类记忆、特点记忆、谐音记忆、争论记忆、联想记忆、趣味记忆、图表记忆、缩短记忆及编提纲、做笔记、卡片等记忆方法，均能增强记忆力。

9.掌握最佳记忆时间。一般来说，上午9～11时，下午3～4时，晚上7～10时，为最佳记忆时间。利用上述时间记忆难记的学习材料，效果较好。