记忆

一、概念与分类

概念

记忆(memory)

• 人脑对外界输入的信息进行编码、存储和提取的过程。

编码(encoding)

• "记"的过程。编码有不同的层次或水平， 主要有视觉的、听觉的和语义的编码， 不同的编码方式对记忆有不同的

存储(storage)

• 保持在人的头脑中。存储是信息编码和提取的中间环节.

提取(retrieval)

• 从记忆中查找巳有信息的过程。再认(recognition)和回忆(recall)是提取的
  基本形式。

分类

1. 按时间长短分类：感觉记忆、短时记忆和长时记忆

阿特金森和谢夫林(Atkinson & Shiffrin, 1968)提出的三级记忆模型。

• 感觉记忆(sensory memory)
  • 记忆系统的开始阶段。
  • 存储时间为 0.25-4秒
• 短时记忆(short-term memory)
  • 感觉记忆和长时记忆的中间阶段
  • 保待时间为5秒至1分钟；容最有限，为 7士2个组块
• 长时记忆(long-term memory)
  • 指信息经过充分的和有一定深度的加工后，在头脑中长时间保留下来。
  • 信息的来源大部分是对短时记忆内容的复 述，也有由千印象深刻而一次获得的。
  • 保存时间长，从1分钟到许多年，甚至终身；容批没有限制；
  • 可再分为：情景记忆和语义记忆

2. 按照有无规则分类：情景记忆和语义记忆

图尔文(Tulving, 1972)将长时记忆分为两类：情景记忆和语义记忆。

• 情景记忆(episodic memory)
  • 指人根据时空关系对某个事件的记忆。
  • 这种记忆与个人的亲身经历分不开。
  • 受一定时间和空间的限制，信息的存储容易受干扰， 因此记忆不够稳固。
• 语义记忆(semantic memory)
  • 人对一般知识和规律的记忆， 与特殊的地点、 时间无关。
  • 它表现在单词、符号、公式、 规则、 概念这样的形式中
  • 受一般规则、 知识、 概念和词的制约， 较少受到外界因素的干扰， 因而比较稳固。

3. 按照有无意识分类：外显记忆和内隐记忆

• 内隐记忆(implicit memory)/自动的无意识记忆
  • 个体无法意识的情况下， 过去经验对当前作业产生的无意识的影响。
• 外显记忆(explicit memory)
  • 在意识的控制下，过去经验对当前作业产生的影响。

4. 陈述性记忆和程序性记忆

• 陈述性记忆(declarative memory)
  • 对有关事实和事件的记忆。
  • 可以通过语言传授一次性获得；
  • 需要意识的参与。
• 程序性记忆(proceduralmemory)
  • 指如何做事情的记忆，包括对知觉技能、认知技能和运动技能的记忆。
  • 通过多次尝试才能逐渐获得；
  • 不需要意识的参与。

举例：游泳的学习。陈述性记忆：看书，记住动作要领。程序性记忆：不断练习，变成技能。

二、感觉记忆

感觉记忆（即瞬时记忆）。一种原始的感觉形式。

编码形式主要依赖于信息的物理特征。

• 视觉的感觉记忆叫图像记忆(iconic memory)。
• 听觉的感觉记忆编码形式被称为声像记忆(echoic memory)。
• 声像记忆的容量要比图像记忆小，平均只有5个左右；声像记忆的保持时间要比 图像记忆长，可以达到4秒。

感觉记忆有较大的容量。但大部分信息来不及加工而消散；一部分由于收到注意而得到加工，进入短时记忆。

外界刺激 -> 感觉信息 -> 感觉记忆 -> 短时记忆
这里理解为真实世界在人脑中的形式
计算机中就是图片/文本信息，计算机要处理的就是感觉记忆（感觉数据）

三、短时记忆

编码方式和影响因素

短时记忆的编码方式可以分为听觉编码和视觉编码。
记忆最初阶段（瞬时记忆）存在视觉形式的编码，之后才逐渐向听觉形式过渡。

影响编码效果的因素：

1. 觉醒状态，即大脑皮层的兴奋水平
   艾宾浩斯，1885通过实验发现：上午学习效率高、下午效率低
   拉什利(Lashley, 1912)，发现咖啡因有促进效果
   威克尔格(Wicklgren, 1975) 酒精抑制效果
   记忆广度的高峰在上午10点30分左右， 而整个下午 都在下降，晚上效率最低。

   这能看出来我们应该怎么学习了。。。

2. 加工深度
   对信息抽取的方式。

3. 组块（chunk）
   扩大组块的信息量有利于提高记忆编码效果。
   小单元归并成大单元（组块）。组块的单元大小随个人的经验不同而有所不同。

意思是，记忆的粒度因为经验而变大。大粒度中包含多个小粒度（小单元），提升容量

思考，利用经验(先前记忆)对当前记忆进行编码，压缩编码长度，扩大信息容量。这样一种极限情况就是，当前信息 可以完全由经验表示，那么编码就只是经验的索引

存储和遗忘

1. 复述(rehearsal)可以防止短时记忆中的信息受到无关刺激的于扰而发生遗忘。
   • 机械复述或保持性复述（maintenance rehearsal)： 短时记忆中的信息不断地简单重复。只有机械复述并不能加强记忆。
   • 精细复述(elaborative rehearsal) ： 短时记忆中的信息进行分析，使之与已有的经验建立起联系。
2. 遗忘
   • 短时记忆信息存储的时间很短，如果得不到复述，将会被迅速遗忘。
   • 消退 or 干扰？短时记忆的遗忘主要是由干扰引起的。

信息提取

• 实验结果：短时记忆中项目的提取是完全系列扫描(提取时间与记忆长度有关，与query是否存在无关)。
  可能记忆长短影响载入时间，载入后可以直接判断是否存在
进一步想，先对整个记忆内存表示成一个特征向量，再由特征向量进行判断

1. 平行扫描(parallel scanning)指同时对短时记忆中保存的所有项目进行提取。如果是这样的，无论在短时记忆中保存项目有多少，提取时间应该相同。（与记忆量无关）
2. 自动停止系列扫描(serial self-termi-nating scanning)指对项目逐个进行提取，一旦找到目标项目就停止查找。如果这样，保存项目越多，反应时间越长。（找到就停止，找不到就遍历）
3. 完全系列扫描(serial exhaustive scanning)指对全部项目进行完全的检索，然后做出判断。（先全部载入，再做判断，找到找不到时间一样）

工作记忆

用和生活相关的工作记忆(working memory) 来扩展短时记忆。
由多个成分组成的加工系统， 它包括语音环路(phonological loop)、视觉空间模板(visual-spatial sketchpad)、情景缓冲器(episodic buffer)和中央执行系统(central exec­utive system)四个成分。

概括为两个信息通道（视觉、听觉）、一个融合通道（情景缓冲）、一个注意力系统（中央执行系统）

短时记忆/工作记忆 对计算机而言分为两步：表示和注意力计算。 对原始数据进行特征抽取，然后基于任务，用注意力进行计算。特征抽取也需要基于外部记忆（规则）

四、长时记忆

编码方式与影响因素

长时记忆的编码主要采用了语义编码的方式。

在学习中， 人们将材料进行归类， 并形成一定的系 统，有助千信息进入长时记忆。

影响因素：

1. 编码时的意识状态（有意/无意）
2. 加工深度

信息存储

1. 信息存储的动态变化
   存储阶段， 巳保持的经验会发生变化。这种变化表现在质和量两个方面。质提升（概括，完整，深刻）、量减少（存储信息量减少）。

2. 信息存储的条件与方法

3. 组织有效的复习：复习要及时; 正确分配复习时间（分散复习比集中复习的效果好）；阅读与重现交替进行；注意排除前后材料的影响；

4. 利用外部记忆手段（笔记、 记卡片和编提纲）

5. 注意脑的健康和用脑卫生（蛋白质等营养）

信息提取

• 长时记忆的信息提取形式（由具体查询的检索（再认）；模糊的检索（回忆））

  • 再认(recognition)： 指人们对感知过、思考过或体验过的事物，当它再度呈现时，个体仍能认识的心理过程。
    • 再认的效果随再认的时间间隔而变化。（时间越长越差）
    • 再认有时会出现错误，对熟悉的事物不能再认或认错对象。
  • 回忆(recall)：过去经历过的事物以形象或概念的形式在头脑中重新出现的过程。
    • 通常以联想为基础
    • 出现提取信息的困难， 这可能是由干扰（如紧张）引起的。
    • 再认比回忆简单、容易。 （毕竟再认有具体的查询信息）
    • “舌尖现象” (tip of tongue)， 即话到嘴边又说不出来。

• 长时记忆信息提取的线索

  • 情境(context)
    • 情境依存性的记忆(con­ext-dependent memory)是指提取信息时的情境和编码时的情境越相似，越有助于记忆的现象。
  • 生理或者心理状态(state)
    • 状态依存性的记忆(state dependent memory)是指提取信息时的生理或者心理状态和编码时的状态越相似， 越有助于记忆的现象。

  外部情境一样，学习时内在的生理 或心理状态也会被编码进入长时记忆，这些状态作为一种提取线索也能促进记忆中 信息的提取。 上面这些研究告诉我们，编码时建立各种记忆的线索， 提取时利用这些线索， 在一定程度上会提高我们记忆的成绩。

信息的遗忘

• 遗忘的概念
  • 记忆保持的最大变化是遗忘。（遗忘和保待是矛盾的两个方面。）
  • 不完全遗忘（再认不能回忆）、完全遗忘 （不能再认和回忆）、临时性遗忘（一时不能再认）、永久性遗忘（永久不能再认）
• 遗忘的进程
  • 艾宾浩斯遗忘曲线(the curve of forgetting) : 遗忘在 学习之后立即开始， 遗忘的过程最初进展得很快， 以后逐渐缓慢。
• 遗忘影响因素
  • 识记材料的性质与数量（材料有无意义、数量多少）
  • 学习的程度（能否达到背诵）
  • 识记材料的系列位置
    • 系列位置效应(serial position effect) 最后呈现的材料最易回忆，遗忘最少，叫近因效应。最先呈现的材料较易回忆，遗忘较少，叫首因效应。
  • 识记者的态度（重要性、兴趣）
• 遗忘原因
  • 衰退说：遗忘是记忆痕迹得不到强化而逐渐减弱，以致最后消退的结果
  • 干扰说：遗忘是因为在学习和回忆之间受到其他刺激的千扰。干扰说可用前摄抑制和倒摄抑制来说明。
  • 压抑说
  • 提取失败说

五、神经网络与人类记忆

由心理学三级记忆理论，人类记忆分为感觉记忆、短期记忆、长期记忆。

因为感觉记忆和感觉器官处理有关，在计算机中的数据已经是"感觉器官"感受的数据，所以这里主要介绍短期记忆和长期记忆。

• 长期记忆（Long-Term Memory）
  • 也称为结构记忆或知识（Knowledge），体现为神经元之间的连接形态，其更新速度比较慢
  • 认类长期记忆提取方式有再认和回忆。回忆主要依靠联想。
  • 长期记忆可以类比于人工神经网络中的权重参数；长期记忆的提取用基于内容的寻址
• 短期记忆（Short-Term Memory）
  • 体现为神经元的活动， 更新较快， 维持时间为几秒至几分钟．
  • 短期记忆可以类比于人工神经网络中的隐状态．
    

[1] 彭聃龄.普通心理学[M].第五版
[2] 邱锡鹏，神经网络与深度学习，机械工业出版社，https://nndl.github.io/, 2020.