人腦像人體其他器官一樣，都是老天爺的精心傑作，而腦的設計、運做，更令人讚賞、驚奇。
文｜劉漢烈(促健會美國分會會長)
如果以電腦的輸入、輸出(input/output)，來比擬人腦訊息的運作，他們有很多相似的地方。根據輸入數據性質(data structure)，數據會被存到工作硬體盤不同位址(RAM disc sectors)，而這些在這裡被運作的數據，一旦關機就會消失，除非將它們存起來。人腦也一樣，五種感官輸入的外在信息，會被送到五個不同位置的腦神經接受體(receptors)，分布腦四周，除非將它們變成永久記憶，否則訊息很快就忘了。
人腦是老天爺的傑作，它不只是一個神祕的人體器官，最重要的是，它給了我們有記憶的能力，有記憶我們才能生活、做每天要作的事。你能想像到你如果沒有了記憶會怎麼辦？譬如你到了一個從來沒去過的地方，你腦裡完全沒有對它的記憶，不知道它們用的語言、生活習慣，連可以去哪裡吃東西、睡覺等等都不知道從那裡開始，你可能是真會寸步難行，這時，你努力將你看到的、聽到的、感覺到的，通通輸入到你的腦子，跟你已有的「記憶」相比，你才能決定如何走出下一步。沒有以前的記憶，就像是一個無助的嬰兒，你還能做甚麼？
近幾十年來，科學家已經研究出來，腦會做很多的事情，不同腦的部位主管者不同的任務，你能看、聽、感覺、等，是因為腦裡有視覺、聽覺、觸覺、等神經細胞。腦還會自然而然的做一些我們已經會做過的事，譬如說，一旦你學會了騎腳踏車，你根本不用去想，跨上車、騎了就可以跑，這是你已記得該怎麼騎，當初你在學的時候，說不定是摔過、吃過苦頭，但你「會騎了」，你有了騎車的記憶，再多久沒騎，一上車，你還是騎得很穩。我們說是「下意識」會騎，你已經有騎車的「永久記憶」了。但我們的記憶又是存在那裡？如果將人腦比做電腦，每個電腦都有庫存限量，人腦會有一天告訴你，沒有空間了，你要做「清盤」、刪除不要的檔案，空出地方給要新輸入的資料？可能嗎？你想過這些問題嗎？對一個不是學醫的我來講，人腦有記憶的能耐，實在是很神奇。
從受傷的腦講起
今年初，美國亞利桑那州女衆議員吉佛茲(Gabrielle Giffords)遭槍擊，腦部受傷，經過醫生搶救、復健，已漸漸復原，八月時她再度回到議會投票，記憶大部分已恢復了，腦的重生真是不可思議。台灣也有一個類似的奇蹟，台中市長胡志強夫人、邵曉鈴女士，在2006年發生車禍，腦部嚴重受傷[1]，也是經過醫生搶救、家人的祈禱、衆人的祝福，奇蹟般的脫離險境，幾個月的復健，腦的功能、尤其是記憶，也大部恢復，胡市長說：「奇蹟只有當你相信它的時候才會實現(If you don’t believe miracles, it won’t happen”)」，是奇蹟嗎？這兩個都是最近發生，有關腦受傷、復元的大新聞。
腦記憶還有其他病變，譬如有阿茲海默氏症(Alzheimer’s Disease)的病人，他的記憶會逐漸衰退，嚴重的會變得甚麼都不會了，像返老還童，但教過就忘，連自己是誰都不知道，但其他器官都能正常運作，人也健康，這是腦裡那一部分出毛病了？在這二十一世紀裡，最讓人們害怕的，已不再是癌症了，因為有些癌症，科學家已經研究出辦法，能控制癌細胞的擴散，也有新藥來對付癌細胞，雖然不是所有癌症都可以治，至少有希望了。但是一旦被診斷是阿茲海默氏症，忘了自己是誰，以目前的醫學、醫藥研究發展來講，還沒有完全明瞭原因、而也沒可用的解藥，使病人能恢復記憶，病人自己可能不會覺得痛苦，病人的家屬及社會的負擔就大了。根據美國阿茲海默氏症協會提供的2011年統計資料，在美國，阿茲海默氏症已是65歲以上老年人第五大死因，能不讓人害怕嗎？
醫學界對腦記憶的研究，在過去幾十年裡，已有很多發現及瞭解。早期腦有記憶的實驗，是觀測白老鼠走迷宮得獎賞的研究，科學家發現老鼠的腦，是可以被訓練的，由重複的試練，老鼠很快學會走哪條路，就可以吃到牛乳酪。接者，他們用猴子作實驗，也是用獎賞的辦法，他們成功的教會猴子，做幾件事後就會有獎賞。這些都是證實經由反覆地訓練，腦子的記憶是可以教出來的。這些外在訊息是如何存進腦，又可以被調出來的呢？
腦記憶的儲存
腦記憶，簡單來說，是一種存與取的過程，銀行裡存了錢，你以後就能提款出來。以存取過程所需時間來看腦的記憶，它可以分成三類：感覺記憶、短期記憶、長期記憶。
一、感覺記憶： 外在發生的事，經過五種人體器官，將看到、聽到、聞到、嘗到或觸覺到的訊息傳給腦細胞，一般來說只需要兩百到五百微秒鐘(200~500 milliseconds)就可以完成，這時的記憶，它們統稱為「感覺記憶」。也就是說，當你看到一件物體於一秒鐘內而能「記住」它，你用的就是這種記憶。你是否有種經驗，一眼看過去好像看到很多東西(或一堆人群)，但要問你看到甚麼，你只能說出一樣東西(或某個人)？其餘的就”記”不起來，除非再看一眼、加強感官的刺激。1960年，史普爾林(George Sperling)為此做了一組實驗，證實了一個人最多在景物消失前，一眼只能記起十二個在景物裡的東西，(受試者不可以回想景物、重複看)，這種記憶是非常短暫的。
二、短期記憶：外來的訊息，如果能在一分鐘以內還能記得，你對這些景物已經有了短期的記憶。米勒(George A. Miller)在一九五六年發表了他的重要研究報告(神奇的7±2, The magical number 7±2)，受試者的短期記憶平均最多只能存下七件景物(誤差是二)，但大部分人只能記起四件。進一步的研究發現，短期記憶主要是靠聽覺為主，視覺次之，(這只是在做記憶一個字母的實驗所得到的結論，研究者想知道，唸一個字母、還是看到一個字母，是那種訊息會比較被記得)。短期記憶也還是短暫的。你有過考前拼命猛啃書，雖然第二天考得不錯，但不用兩天就全還給老師了、全忘了，你用的是短期記憶，信息並沒能進一步(被延伸、庫存)成為長期記憶。
三、長期記憶：如果進來的訊息，經過處理(比方說，重複的複習、刺激)，它就會被儲存在你的腦子裡。我們都有記電話號碼的經驗，一串數字要記，有的人可以過目不忘，但大部分人需要念好幾遍，才記得，兩天不打就又忘了，如果能再背、再記，來回幾次後就不會忘了，這串數字是被存進長期記憶了。
這三個記憶步驟是一個接一個的，各種感官進來的五種訊息，先同步經由腦神經細胞到不同部位的腦皮質層(cortex)裡，形成感覺記憶。而人類大腦有上兆個腦神經細胞，它們互相連接成神經網，外界傳進來的訊息，從一個神經細胞傳到下一個，形成一個特有的途徑，綜合了同步激發的影像、聲音、味道等刺激型態的神經路線(Neural Path)，使你有了短暫記憶。但這個記憶只能維持一段時間，沒多久(一分鐘不到)它就會消失。你如果要保存它，成為長期(永久)記憶，只有一個方法，一再重複相同的刺激，讓這條神經路線堅固起來(registered and consolidated)，不會因為時間而消失。
人要有記憶，就是要有這些神經路線，當你回想、記起來某件事，沒別的，你只是將那條特別神經路線接通了而已，循原路再走一遍，再次體驗當初訊息輸入時的觀感。
長期記憶的形成
要完成一條特別神經路線，使它成為長期記憶，它還包括了三個步驟：加暗碼(encoding)、儲存(storage)、回收(retrieval)。
一、加暗碼：首先，進入腦裡的新訊息(視覺、聽覺、等等)，在被分到各部主管不同感覺腦神經細胞時，會被加上某些與過去有意義的經驗暗碼。比方說，當我看到「甜美的蘋果」這句話時，腦會加上一些敘述式的意念，如「紅色的」、「甜的」、「圓形的」、「咬起來會有脆的聲音」，甚至有「去年我去採蘋果，採得好開心」等意念，這些意念是腦裡早已有的記憶，不必再教它也知道什麼是紅色、或甚麼形狀叫圓形。而這些被加上去的附屬意念(暗碼)會幫助你加強、回收新信息。
二、儲存：當訊息要被存起來的時候，它會被連到其他。」如此，新訊息跟已有的記憶搭上了線，形成一組特別神經網，也因此加強了你的記憶。
三、回收：當你要回收(想起)某個訊息時，你只需啟動幾個關鍵意念(pointers 或 key notes)，他們是一些早先加上的暗碼，有了它們，你能迅速的將你連到相關的意念上去，而找到你要找的神經路線，於是你「記起」要找的意念了。我們都有過這種經驗—譬如要想起你上次見過面的人的名字，卻怎麼都想不出來，你似乎都能在腦海裡看到他，但還是無濟於事，硬是想不起來，於是你開始給自己提個醒(pointer)，他是我高中同學？大學同學？還是球友？一個提醒不夠，你又加了另一個關鍵意念，上次我們碰頭是在畢業十周年的同學會上，接者又聯想到，我們還像以前一樣比了場撞球呢，這些關鍵意念都是已存在你腦的記憶裡，當你把過去相關的「神經路線」全連上了，名字也因此就想起來了。聯想的網路越密，越容易完成神經路線的通達，也就有好的記憶。
前面講的記憶類別及長期記憶的形成，是一種大略的介紹法，研究腦的科學家還有其他的分類法，如敘述式記憶(Declarative memory)及程序式記憶(Procedural memory)，前者又可分為：事件記憶(episodic memory)及語意記憶(semantic memory)，這裡就省略了。
知道了腦可以接受外界訊息，也可以將它們存起來成為「記憶」，以備將來回收用，下面我們來看看，「記憶」是存在腦的什麼地方。
海馬迴(或稱海馬體，hippocampus)
五種外界輸入的信息，形成了一個資訊網，也建立了一條獨特的神經路線，最後線頭到達腦裡面的海馬迴這個地方。這塊腦組織怎麼會跟長久記憶扯上關係呢？這要從一個患癲癇的病人說起。在1953年，有一位病人叫H.M.，他有嚴重癲癇症(epilepsy)，痛苦不堪，他的主治醫生決定動腦部手術，把癲癇的來源處，腦部顳葉(temporal lobe)處切掉。
這個部位剛好也正是海馬迴的位址，因此他的左右海馬迴以及邊緣系統(limbic system)裡的杏仁核(amygdale, 也有人叫它扁桃腺，邊緣系統是情緒反應區，在情緒控制上非常重要)，一起摘掉了。手術後的病人H.M.，很快就復原了，以前頭痛的癲癇也沒了。但是醫生發現他有了嚴重失憶症，他對手術前發生的事情，有部分記憶喪失，而手術後發生的任何事情，就再也沒法將它們記起來，也就是說，他沒有長期記憶的能力了。沒有長期記憶的他，生活馬上陷入困境，每一步要做的事，它的程序必需要靠筆記，沒有記憶告訴他是否已經做過了。從此沒有一個腦科醫生，會以切除海馬迴這部分的腦，來治癲癇症了。雖然也因此知道海馬迴跟長期記憶很有關係，沒有了它，長期記憶無法形成，但它是如何促成長期記憶，科學家還在做進一步的研究。
人有兩個海馬迴，分別位於左右腦的顳葉(temporal lobe)裡，它大約有四公分長，頭部較大，表面有摺，體部較平滑，形狀像似海馬，因而取名為海馬迴。它是大腦邊緣系統(Limbic system)裡的一部分；而邊緣系統則是大腦主控人的情緒、行為、及長期記憶的地方。海馬迴主要的功能在能處理時間、空間的訊息組合，它本身就是一種不斷回饋的神經網路。也因為是這種不斷回饋的神經網路，因此短期記憶可以經由海馬迴，來回加強和把重要的部分留下，將它們變成長期記憶。一但成為長期記憶，這條相關的腦神經路線，就會被存回腦皮質裡，以後隨時備用，海馬迴也功成身退，與該記憶斷了關係，有時間、空間來再處理其它新來的訊息，腦是不休息的。
值得一提的是，有些科學家提出新理論，認為這種海馬迴回饋的運作，一般是在你睡覺時發生，所以不要熬夜，一定要有充足的睡眠，才能保持頭腦清醒，想事情時「反應」才會快，這句「不要熬夜」老生常談，看來還是有科學根據呢。
人腦老化
我們都知道，人會老，腦也不例外。從腦核磁共振(MRI)片子看腦體積的變化，發現各部分腦變化不一致，有的地方會每年縮小約1%，有的地方不會。這是因為不同的腦，是由不同組織(tissue)及物質(grey matter or white matter)所構成，灰物質是腦細胞體、存於腦皮質層，白物質是神經細胞元(axon)，可以連接成神經網，傳送訊息，它們老化的速度都不同。
人腦也有可塑性，它是指腦組織及功能是可以改變的。有句話說「人腦是要用的，不用就生銹、沒用了」，也就是說，那一部分的腦不被使用，它的空間及功能，會被其他腦接收掉。我們的腦顳葉(包括海馬迴)是直接受老化的影響，海馬迴體積縮小(萎縮)也在老人癡呆症病人腦中證實。
除了老化外，當人處於長期壓力下，海馬迴也會受傷。這是從動物實驗中得知，長期的壓力會導致海馬迴細胞裡的鈣離子濃度增加(鈣離子是神經細胞間電傳導的主要元素)，而太多鈣離子是會導致神經細胞受傷甚至死亡，海馬迴組織容量因而變小，記憶力衰退。
如何延遲老化呢？理論上來講，利用腦的可塑性，海馬迴這部份的腦也可以重新產生新細胞，實際上，不外乎運動及營養，舉例如下：
多運動(exercise)：一個健康的身體才有一個能靈活使用的頭腦；
保持智力(intellectually engaged)：例如多讀書、多做用腦的活動：字迷(crossword puzzle);
保持社交、友誼活動(social and friendship networks);
避免生活上精神壓力(avoid stressful events);
保持健康飲食(healthy diets)。如魚油(omega 3 fatty acid)；抗氧化物(antioxidants)；等。
結語
人腦像人體其他器官一樣，都是老天爺的精心傑作，而腦的設計、運做，更令人讚賞、驚奇，尤其是海馬迴的反饋網路、能力，將「記憶」能力給了我們，使我們認清「我」是誰，會唸書、打球、吃飯、睡覺，這些日常生活細節，都是因為我們有永久記憶的能力，才會很自然而然的就做了。更重要的是它讓我們能吸收新知識，能思考。我們有上兆個神經細胞，它們可以連成無數個特有神經路線，做成記憶存起來，所以不必擔心你的腦子會有裝不下新記憶的一天，相反的，你愈用腦、它愈靈活，千萬別讓它荒廢而失去功效，那時再後悔就遲了。
腦與記憶就簡單介紹到此，有興趣的朋友，可以進一步在網路上找到較深入的研討，或看專科醫學研究報導，這是個很有challenge 也很有意思的研究題目。