第十一章　神经系统内的记忆问题

我们的讨论，直到现在，还未考虑到一种元件，它在神经系统中的存在是具有相当根据的，如果不是已经肯定了的话。这种元件在一切人造计算机中起着极其重要的作用，而且它的意义，可能是原则上的而不是偶然的。这种元件就是记忆。因此，我现在要讨论在神经系统中的这个元件，或者更准确地说，是这个组件。

刚才说过，在神经系统内，存在着一个记忆部分（或者，也可能是几个记忆部分）。这是一种推测和假设，但是，我们在人造计算自动机方面的所有经验，都提出了和证实了这个推测。同样，在讨论开始时，我们应该承认，关于这个组件（或这些组件）的本质、物理体现及其位置，都还是一个假说。我们还不知道，从实物上来看，神经系统中的记忆器官究竟在哪里？我们也不知道，记忆是一个独立的器官呢，还是其他已知器官的特定部分之集合？它也许存在于一个特殊的神经系统中，而且这可能是一个相当大的系统。它可能和细胞体的遗传学机制有某些关系。总而言之，我们对记忆的本质及其位置，现在仍然是无知的，像古希腊人以为心脏在横膈膜里面一样无知。我们所知道的唯一事情，就是在神经系统中，一定有着相当大容量的记忆；因为很难相信，像人类的神经系统这样复杂的自动机，怎么能够没有一个大容量记忆。

估计神经系统中记忆容量的原理

让我谈一下这个记忆可能有的容量。

对于人造自动机（如计算机），已经有了相当一致的确定记忆“容量”的标准方法。因此，把这个方法推广到神经系统上面来，看来也是合理的。一个记忆，能够保持一定的最大数量的信息，而信息都能够转换成为二进位数字的集合，它的单位叫做“位”（bit）^【2】。对一个能够保存一千个十进制的8位数目字的记忆，我们说，它的容量是1000×8×3.32≌2.66×10⁴位。因为一个十进制数字，大体相当于log₂10≌3.32位。（上述十进制数字转换为位的方法，是由G.E.申南［G.E.Shannon］和其他学者在关于信息论的经典著作中建立的。）很明显，十进制的三位数字，大约相当于10位，因为2¹⁰＝1024，这个数近似于10³。（故按此计算，一个十进制数字，大致相当于≌3.33位。）所以，上例中记忆的容量是2.66×10⁴位。根据同样的推理，一个印刷体或打字机体字母的信息容量是log₂88≌6.45位（一个字母，有2×26＋35＝88个选择。式中的2是表示大写或小写两种可能；26是字母的数目；35是常用的标点符号、数学符号和间隔的数目。当然，上述这些数目是和信息的文字内容有关系的）。所以，一个保持一千个字母的记忆，其容量即为6450＝6.45×10³位。按照同样的概念，对于更复杂的信息的记忆容量，也是可以用这个标准信息单位——位来表示的，比如对几何形状的记忆容量（当然，给定的几何形状必须具有一定程度的准确并且是肯定了的），或对颜色差别的记忆容量（其要求与上述对几何形状的相同）等等。按照上述原理，我们就可以运用简单的加法，计算各类信息的各个组合数目，从而规定它们的记忆容量。

运用上述规则估计记忆容量

一台现代计算机所需要的记忆容量，一般约在10⁵到10⁶位的数量级上。至于神经系统功能所需要的记忆容量，据推测要比计算机的记忆容量大得多。因为我们在前面已经看到，神经系统是比人造自动机（如计算机）大得多的自动系统。神经系统的记忆容量，比上面这个10⁵到10⁶位的数字究竟要大多少，我们现在还很难说。但是，提出一些粗略的定向性的估计，还是可以做得到的。

一个标准的接收器，大约每秒可以接受14个不同的数字印象，我们可以把它算做是同样数目的位（即14位）。这样，假定10¹⁰个神经细胞都是在适当情况下作为接收器（内接收器或外接收器），则每秒钟的信息总输入为14×10¹⁰位。我们还进一步假定，在神经系统中并没有真正的遗忘，我们所接受的印象会从神经活动中的重要领域里（即注意力中心）转移出去，但是它并没有真正被完全抹去（关于这个假定，已经有了一些证据）。那么，我们就需要估计一个通常的人类的生活期间，比如说，我们算这个期间是60年吧，这就是2×10⁹秒左右。按照上节的推算方法，在这期间需要的总记忆容量则为：14×10¹⁰×2×10⁹＝2.8×10²⁰位。这个容量，比我们承认的现代计算机的典型记忆容量10⁵到10⁶位大得多了。神经系统的记忆容量比计算机超过这么多的数量级，看来也不是不合理的，因为我们在前面已经观察到，神经系统的基本作用器官的数目，与计算机的相比，也是超过许多个数量级的。

记忆的各种可能的物理体现

记忆的物质体现，还是一个未解决的问题。对于这个问题，许多作者提出了许多不同的解答。有人假设，各个不同神经细胞的阈值（或者更广泛地说，刺激判据），是随时间而变化的，它是这个细胞的以前历史的函数。因此，经常使用一个神经细胞，会降低它的阈值，就是说，减低它的刺激需求，等等。如果这个假设是真的话，记忆就存在于刺激判据的可变性之中。这无疑是一种可能性，但是我在这里不准备去讨论这个问题。

这个概念的一个更强烈的表现，是假定神经细胞的连接（即传导轴突的分布）随时间而变化。这就意味着以下的状况是存在的。一个轴突如果长久废弃不用，在后来用时就会不发生作用了。另一方面，如果很频繁地（比起正常使用来说）使用一个轴突，那么，就会在这个特定的途径上形成一个有着较低的阈值（过敏的刺激判据）的连接。在这种情况下，神经系统的某一部分就会随时间及其以前的历史而变化，这样，它自己就代表着记忆。

记忆的另一种形式，它是明显地存在的，是细胞体的遗传部分：染色体以及组成它的基因显然是记忆要素，它们的状态，影响着并在一定程度上决定着整个系统的功能。因此，可能存在着一个遗传的记忆系统。

此外，可能还有一些其他的记忆形式，其中的一些也是似乎颇有道理的。在细胞体的一定面积上，有某些特殊的化合物，它们是可以自我保持不变的，这也可能是记忆的要素。人们可以设想，这是一种记忆，如果他认为有遗传的记忆系统的话。因为在基因中存在的这些自我保持不变的性质，看来也可以位于基因之外，即在细胞的其他部分。

在这里，我就不列举所有这些可能的推测了，虽然这些其他的许多可能性，和上面所说的可能性具有相等的、甚至是更多的道理。我只在这里指出，虽然我们还不能找到记忆究竟在神经细胞的哪一些特殊部分，但是，我们仍然能够提出记忆的许多种物理体现，而且这些推断都有着不同程度的理由。

和人造计算机相比拟

最后，我应该说明，各个神经细胞系统，彼此通过各个可能的循环途径相互刺激，也可以构成记忆。这就是由作用要素（神经细胞）做成的记忆。在我们的计算机技术中，这类记忆是常常使用的，并且具有重要意义。事实上，它还是首先在计算机上采用的一种记忆形式。在真空管型的计算机中，“触发器”就是这种记忆的元件。这些触发器是成对的真空管，相互起着开关和控制的作用。在晶体管技术中，实际上还在其他各种形式的高速电子技术中，都允许和要求使用这些像触发器一类的组件，这些组件，正如早期真空管计算机中的触发器一样，也可以作记忆要素之用。

记忆的基础元件不需要和基本作用器官的元件相同

必须注意，神经系统使用基本作用器官作为记忆元件，是不适宜的。这样的记忆，可以标志为“用基本作用器官组成的记忆”，它从各方面的意义来说，都是很浪费的。但是，现代的计算机技术却是从这样的装置开始的。第一台大型的真空管计算机ENIAC的第一级记忆（即最快和最直接的记忆），就是完全运用触发器的。然而，ENIAC虽然是很大型的计算机（有22000个真空管），但从今天的标准来看，它的第一级记忆的容量却很小（只保持几打10位的十进制数字）。这样的记忆容量，只不过相当于几百个位，肯定小于10³位。今天的计算机，为要在计算机的规模和记忆容量之间保持适当的平衡，它大体上有10⁴个基本作用元素，而记忆容量则为10⁵至10⁶位。达到这个要求，是靠运用在技术上与基本作用器官完全不同的记忆方式。真空管的或晶体管的计算机，它的记忆都是用一种静电系统（阴极射线管），或者用经过适当布置的大量的铁磁芯等。在这里，我将不作出这些记忆方式的完全分类，因为还有其他的重要的记忆方式，很不容易归入这些分类，比如，声延迟式、铁电体式、磁致伸缩延迟式等等（这里所列举的方式，还可以大大增加）。我在这里只不过企图指出，记忆部分所使用的元件，是和基本作用器官的元件完全不同的。

上述这些事实，对于我们理解神经系统的结构，看来是非常重要的。这个问题，现在还是基本上没有得到解答。我们已经知道神经系统的基本作用器官（神经细胞）。所以，我们很有理由相信，一个容量很大的记忆是和这个系统联合在一起的。但是，我们应该极大地强调，我们现在还不知道，神经系统的记忆基本元件，它们的物理实体究竟是什么形式的。