第四章　记忆

Memory

不论你正在读这本书，还是穿行于拥挤的街道；不论在听交响乐，还是在安抚哭闹的孩子，你的大脑都充斥着大量从感官传来的各种空间/时间模式。

世界就像一个汹涌着的不断变化模式的海洋，不停地拍打、冲击你的大脑。你是如何来理解它们的呢？模式一拥而入，通过“古脑”的各个部位，最后到达新大脑皮层。然而，它们进入大脑皮层后，又发生了什么？

工业革命之初，人们就将大脑看作一部机器，尽管他们知道大脑里并没有齿轮，但这是对它最恰当的比喻，因为信息进入大脑后，大脑这部机器就会决定身体该如何反应。计算机时代到来后，大脑又被看作另一种很特别的机器——一种会编程序的计算机。第一章中提到，人工智能的研究者们坚持认为他们的研究之所以举步维艰，唯一的原因就是，和大脑相比，计算机太小、速度太慢。他们说，现在的计算机只相当于一只蟑螂的大脑，如果我们能造出更大、更快的计算机，它一定能像人一样聪明。

这个大脑和计算机的比喻大大忽略了一个重要的问题——与电脑晶体管相比，神经元要慢得多。一个神经元将突触上传来的输入信息收集起来并将它们组合，以决定什么时候向其他神经元输出脉冲，整个过程可以在5毫秒内（大约每秒钟200次）完成并使自己复位。这看起来似乎很快，但一台现代硅芯片计算机可以在1秒钟内完成10亿次计算，也就是说，一个普通电脑运算要比正常人脑运算快500万倍。这是一个极大、极大的差距！大脑怎么可能比最快的数字计算机更快、功能更强大呢？支持电脑类似人脑观点的人会说：“没问题。大脑是一个并行计算机，它有几十亿个细胞同时进行计算，这种并行性大大加强了生物大脑的处理能力。”

我一直认为这种说法很荒谬。一个简单的思考实验就可以证明我的观点，这个实验叫做“一百步”法则。一个人可以在不到1秒钟内完成不同寻常的任务。例如：我给你看一张照片，让你判断照片上是否是一只猫。如果是，你就按下按钮；如果是熊、疣猪或芜菁甘蓝，就不按按钮。对于现有的计算机来说，这个任务太难，甚至不可能完成；然而一个人却可以在半秒钟，甚至更短的时间内轻松完成。但是神经元的速度很慢，在半秒钟内，进入大脑的信息只能通过100个神经元长度的链条，也就是说，不论有多少神经元参与了这个过程，大脑总能在“一百步”之内“计算”出问题的答案。从光进入你的眼睛到按下按钮，这一段时间只涉及仅仅100个神经元长度的链条。对于计算机来说，要试图解决相同的问题则需要走“几十亿步”。100个计算机命令就连在显示屏上移动1个字符都略显不足，更不要说完成任何有趣的任务了。

如果有上百万个神经元共同作用，会不会形成一个并行计算机呢？不会。大脑并联运行，并行计算机也并联运行，这是它们之间唯一的相似之处。所谓并行计算机就是将多台快速计算机并联在一起处理一些复杂的问题。比如说计算第二天的天气状况。要预报天气，必须计算出地球上许多位置点的物理状况。所有计算机可以同时计算，但每台只能负责处理一个不同的位置点。尽管有上百台，甚至上千台计算机并联工作，但对每一台机器来说必须进行几十亿甚至几百万兆次的运算才能完成任务。

我们可以想像出的最大的并行计算机也无法在“一百步”内做出任何有意义的事，不论它有多大，速度有多快。

再打个比方。假设我让你从沙漠的一头到另一头运送100块大石头；你一次只能搬1块，要走100万步才能穿过沙漠。你觉得只靠自己要很长时间才能完成，于是就雇了100名工人一起干。现在工作进展的速度提高了100倍，但仍需要走至少100万步才能穿过茫茫沙漠。雇更多的工人，哪怕是1000人，也不会有更大的作用。不论你有多少雇工，要完成工作就必须花费不少于走100万步的时间。并行计算机的道理相同。某一个数量之后，增加更多的处理器也于事无补。一台电脑，不论它有多少处理器，不论它的运行速度有多快，都不可能在“一百步”内“计算”出一个复杂问题的答案。

那么，人脑是如何在“一百步”内完成了最大的并行电脑在100万甚至几十亿“步”都无法完成的工作呢？答案很简单：因为大脑不需要“计算”问题的答案，它只是从记忆中取出答案。实质上，这些答案在记忆中封存已久，只需几个步骤就可以将其取出。再慢的神经元都足以完成这件工作，而且还能建立记忆。整个大脑皮层就是一个记忆系统，根本不是计算机。

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我用下面的例子来说明“计算”出答案和“用记忆”找出答案有何不同。要完成的任务是抓住一只球。有人向你投来一只球，你看到它向你飞来，并在不到1秒钟时间内在空中抓住它。这看起来并不太难。但当你试图给一只机器手臂编写程序以完成这个动作时，情况就完全不同了。尽管很多研究者找到了一些办法，但似乎都不可行。工程师和计算机科学家在处理这个问题时，首先要计算球的飞行，从而确定它到达手臂时的位置。这个计算包括一系列你曾在高中物理课上学过的物理公式。然后，要调整机器手臂的各个关节，使手移动到合适的位置。这一步骤包含了更复杂的数学公式。最后，整个运行需要重复多次，因为随着球越飞越近，计算机会不断获得有关它位置和轨道的最新信息。如果等到球飞到应到的位置才开始动作的话，那就太晚了。它必须在还不十分清楚球的位置的时候就开始移动，并随着球越来越近，不断地进行调整。要抓住一只球，计算机需要进行几百万次大量的数学计算。即使成功地设计出了这样的程序，“一百步”法则也告诉我们，大脑在解决这个问题时使用了不同的方法，那就是记忆。

如何用记忆抓住球呢？你的大脑内储存着抓住球所需的肌肉命令记忆（还有其他许多习得行为）。当一个球投来，会发生三件事情：首先，一看到球，合适的记忆就被自动唤起；第二，这个记忆会引发一连串的肌肉命令；最后，被取出的记忆会随着当时的特定情况，如球的实际轨道和你所在的位置，不断调整。接住球的记忆不是像程序一样编入大脑的，而是通过多年不断训练后学习并储存起来的，也不是在神经元里计算出来的。

你可能会想，“且慢，每一次接球都会有所不同。你只是说复苏的记忆会不断调整以适应每一次投掷时球的不同位置的变化，难道这不需要计算那些我们试图尽力避免的公式吗？”可能会。但大自然已经用一种与众不同的、清晰的方式解决了这种变化的问题。在下面，我们可以看到大脑皮层有一种被称为“恒定表征”的能力，可以自动处理这种变化。想像一下你坐在水床上的情景：水床上的枕头和人都会不由自主地形成一种新的姿态。事实上，水床本身并没有计算每一个物体应该被抬升多少，只是由于水的物理特性和水床的弹性表面会自动调节。正如我们将在第五章看到的，大脑皮层的6层结构，不太严格地说，对于信息的传输具有相似的功能。

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因此，不论从并行还是其他方面，大脑皮层都不像计算机，它不会计算问题的答案，而是用存储的记忆来解决问题，做出反应。

虽然计算机也有记忆，且是以硬盘驱动器和记忆芯片的形式出现的，但大脑皮层的记忆和电脑的记忆有以下四点根本区别：

●大脑皮层可以存储模式序列；

●大脑皮层以自-联想方式回忆起模式；

●大脑皮层以恒定的形式储存模式；

●大脑皮层按照层级结构储存模式。

我们将在本章讨论前三个区别。在第三章我向大家介绍过大脑皮层的层级结构，并且会在第六章继续论述它的重要性以及它是如何工作的。

下一次当你讲故事时，一定不要着急，先考虑一下应该如何一次讲述故事的一个方面，因为，不论你说得有多快，不论我听得有多快，你都无法将发生的所有事情一股脑儿地讲出来。你必须先讲完一部分，再接着讲下一部分。之所以如此，原因之一是语言的连续性，无论是口述、笔录还是图画，讲故事的过程就是用连续的方式表达一个叙述性的事件。原因之二，故事是以序列的方式存在你的大脑中的，因此也必须以同样的顺序讲出来，你无法一下子记起整个故事。事实上，要想起不连续的复杂事件和想法几乎是不可能的。

你也许已经注意到，有些人在讲故事时不能立刻切入主题，而是啰啰嗦嗦地讲一些无关的细节。这让人很恼火，甚至想大叫：“讲正题吧！”但他们只会按照发生的时间，而不是其他的方式来讲述他们的故事。

另外举一个例子，闭上眼睛想像一下你的家。你走向大门，想像门的样子；打开它，走进去。现在看看你的左边，看到了什么？再看看右边，又看到了什么？接下来去你的卧室。右边有什么？左边有什么？顶层左边的抽屉里有什么？你的淋浴室里又有什么？这一切，甚至更多，你都清清楚楚，可以回忆起每一个细节。这些记忆都存储在你的大脑皮层里。你可能会说，这些是关于家的部分记忆，但不可能一下子把它们全部记起来。它们是明显相关联的记忆，但是你无法将所有细节统统回忆起来。你对家有一个完整的记忆，但当你回想时，必须按照连续的步骤，就像你亲身经历的那样。

所有的记忆都是如此。你必须经历做事情时的时间顺序，一个模式（走近大门）唤起下一个模式（进入大门），这个模式又会唤起下一个（穿过大厅或走上楼梯），等等，以此类推。每一步都是你曾经历过的步骤。当然，我可以有意识地改变介绍的顺序，比如，如果想用非顺序的方式重点介绍一些东西，就可以从地下室直接跳到二层。然而，一旦开始描述选取的房间或物品时，我又会按照一定的顺序来讲。

实际上，随机的想法是不存在的，几乎每一次回忆之后总有一个联想过程紧随其后。

你很熟悉字母表，但你却不能从后往前把它背出来，因为你平时没有倒背过。如果你想体会小孩子学习字母表的感觉，就把它倒背一遍吧，确实很难。你对字母表的记忆是一个模式序列，并不是按照任何方便、任意的顺序存储或回忆起的，就像一星期里的每一天、一年里的每一个月、你的电话号码以及其他无数的事物一样。

歌曲的记忆是一个很恰当的事物按时间顺序存储在记忆之中的例子。请回想一首你所熟悉的曲调——我喜欢《飞越彩虹》（Somewhere over the Rainbow），当然其他歌曲也可以。你不会立刻想起整首歌，而是按顺序记起。你会从头或歌曲的主要部分开始，然后一个音符一个音符唱出来。你不可能从后往前唱，正如你无法立刻记起它的全部，因为你第一次听到《飞越彩虹》时，它是从头到尾按顺序播放的。你只能按照学歌时的顺序记起它。

这同样适用于低级感觉记忆。想想你对不同材质的触觉记忆。你的大脑皮层可以记住手中握满沙砾的感觉、手指滑过天鹅绒的感觉以及按下钢琴琴键的感觉。这些记忆像字母表和那些歌曲一样，都是以序列为基础的，只不过这些序列只有短短的1秒钟，而不是几秒或几分钟。如果在你熟睡时将你的手埋进装满沙砾的桶里，当你醒来时，如果不移动手指，就不知道自己的手接触到的是什么。你对沙砾的触觉记忆是建立在皮肤上的压力和震动感觉神经带给你的序列模式之上的。这些模式完全不同于将手埋在聚苯乙烯小颗粒和干树叶中的模式。小砾石的尖利和圆滑感形成了沙砾的序列模式，从而激活了你体觉大脑皮层中相应的记忆。

下一次洗澡时，请留心你用毛巾擦干身体的过程。我发现我在擦干身体的时候，几乎每次都是相同的程序——擦干、拍净以及相应的姿势。通过有趣的观察，我还发现我妻子淋浴之后也遵循基本上一成不变的方式。你或许也是一样。如果有一定的顺序，就试着改变它。

你可以强迫自己去改变，但必须集中注意力，因为稍一走神，你又会落入习惯的方式中去。

所有的记忆都存储在神经元之间的突触连接点上。大脑皮层中存有如此大量的信息，并且在任何时候都可以将其中的一小部分取出来，由此可见，每一次记忆提取的过程中只有少数有限的突触和神经元在起作用。当你回想你的家时，相应的一部分神经元开始变得活跃，接着它们会激活另外一些神经元，以此类推。一个成年人的大脑皮层记忆容量大得惊人，但即便如此，我们也只能一次回忆起其中的一部分，并且只能按照联想顺序来记起相关的内容。

下面是一个有意思的练习。努力回忆自己的过去——你的住处、曾经去过的地方、曾经认识的人等细节。我发现自己总是可以记起那些多年来未曾触碰过的记忆。你大脑中的突触内储存着几千个从未用过的记忆细节，在某个时间，你会记起其中一个很小的片断，而大多数的信息则存在那里，静静地等待着合适的信号去激活它们。

计算机的记忆不是按照顺序模式存储的，要想实现这种存储模式，我们也可以借助一些软件的帮助（就像你在电脑里存一首歌那样），但计算机本身不能自我完成这项工作。而大脑皮层则不同，它可以自我存储这些序列，这是大脑皮层记忆系统的固有特性。

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现在，让我们来看看记忆的第二个主要特征——自-联想。正如我们在第二章中读到的，自-联想是指模式可以和自己联系在一起，而自-联想记忆系统是指那种能够根据不完整或混乱的输入信息回忆起全部模式的系统，它对于空间-时间模式都适用。当你看到帷帘后露出的孩子的鞋，就会自然而然地想到整个鞋的样子。是你完善了鞋的部分影像，从而形成了一个完整的空间模式。

另外，想像一个正在等公共汽车的人，因为有灌木丛挡着，你看不到她的全部，但你的大脑并不会因此而混乱。眼睛虽只看到她身体的几个部位，但你的大脑会创造出整个人的感觉，将其他的部位补充完整。这个感觉是如此强烈，你甚至意识不到它是臆想出来的。(www.daowen.com)

你也可以完成时间模式。当你回忆很久以前发生的某个事件的细节时，这个记忆序列就会像潮水一般涌入你的大脑。马赛尔·普鲁斯特（Marcel Proust）的著名系列小说《追忆似水年华》（Remembrance of Things Past）一开始就是回忆美味的玛德琳蛋糕，接着便洋洋洒洒写了1000多页。在一个嘈杂的环境下，我们经常听不清所有的谈话内容，但没关系，我们的大脑会用它期望听到的东西来弥补那些没有听到的内容；无疑，我们所理解的并不全是我们实际听到的。有些人喜欢大声接别人的话头，而在大脑深处，我们每一个人都在不停地这样做，而且不只是接后半个句子，甚至有时是句子的开头和中间。通常，我们意识不到自己正在不断地完善模式，但它确实是无处不在的，它是大脑存储记忆的基本特征。

无论何时，一个记忆片断可以激活全部的记忆，这就是自-联想记忆的精髓。

你的大脑皮层就是一个复杂的生物自-联想记忆。在你清醒的每时每刻，每一个功能区都始终保持警觉，等待着熟悉的模式或模式片断的输入。即使在你沉思的时候，一看到自己的朋友，你的思绪就会立刻转向她。你不是有意这样去做，但朋友的出现使得你的大脑马上回忆起与她有关的模式。这个反应是自然发生的，无法遏制的。思路被打断后，我们会问：“我刚才在想什么？”在餐桌上和朋友的谈话也会是一种拐弯抹角的联想过程，话题可能会从眼前的食物谈起，而那份色拉可能会让你想起妈妈为你的婚礼做的色拉，从而又想起另一个人的婚礼，由此又想到他们度蜜月的地方，然后又是那个地方的政治问题，等等。

思想和记忆是相互关联的，我又要强调一遍，随机的想法是不可能发生的。输入的信息会自动和自己联系起来，然后填补现有的位置，并自动地和将要发生的事情联系起来。我们将这一连串的记忆称作思想，虽然它的思路仍无法确定，而且我们对它的了解也不完备。

下面，我们来关注一下大脑皮层记忆的第三个主要特性：它是如何形成所谓的恒定表征的。本章节只涉及它的基本概念，我会在第六章中详细地解说它是如何形成的。

计算机存储器存储信息的方法正是它显示信息的方法。如果你将光盘上的程序拷贝到硬盘上，它的每一个字节都和原来的百分之百相同，两个版本中任何一个错误都会使程序失灵。而大脑皮层的记忆则与此不同。大脑记住的并不是我们确切看到、听到或感觉到的；我们之所以不能完全准确地记忆或回忆，并不是因为大脑皮层和它的神经元漏洞百出，而是因为大脑记忆的是世界上各个独立细节之间的重要关系。下面，我要举几个例子来说明这一点。

我曾在第二章谈到几十年前出现的自-联想记忆模型，而且我们的大脑也是利用自-联想方式回想记忆中的东西的，但神经网络研究者们建立的自-联想记忆和大脑皮层的联想记忆之间存在着很大差异。

人造自-联想记忆没有使用恒定表征，因而它在一些最基本的方面无能为力。假设我有一幅画，画上是一张由无数黑白小圆点组成的人脸。这幅画就是一个模式，我可以将许多同样类型的画存储在人造自-联想记忆中。如果我向它提供半个脸或是一双眼睛的画面，自-联想记忆就可以辨认出来，并将缺失的部分正确地补充上去。它很擅长此道，而且这种实验也做过多次。但是，如果我将画面中的每一个小圆点向左移动5个像素，这个记忆系统就无法辨认出这张脸。对于自-联想记忆来说，由于原来存储的模式和新模式的像素无法吻合，它就变成了一个完全不同的新模式。然而，你我却可以轻易地辨认出这张脸，甚至注意不到其中的变化。如果这些模式被移动或旋转，重新调节了大小或有任何改变，人造自-联想记忆就无法辨认出它们，而我们的大脑却可以轻易处理这些变化。当输入模式发生了变化，我们是如何来感知这一切的呢？让我们来看看另外一个例子。

现在你的手中拿着一本书，当你移动书本，改变照明的灯光，或是调整你的坐姿，或是凝视书的不同版面时，投射在你视网膜上的光的模式就会完全改变。你接收到的视觉输入一刻不停地变化，永不重复。实际上，即使你将这本书在手中捧上100年，视网膜上的模式也不会有任何一次相同，因此，进入你大脑的模式也不相同。即使如此，你也丝毫不会怀疑你正捧着一本书，而且是同一本书。尽管书对大脑的刺激在不断地变化，但你大脑中显示“这本书”的内部模式不会改变。因此，我们用“恒定表征”这个术语来指代大脑内部的表征。

再举一例。想想你朋友的脸，每次看到她，你都能认出她来，这个动作是在不到1秒钟时间内自动发生的，不论她距离你1米还是2米，或者她在房间的另一端，这都没关系。当她离你很近时，她的影像就占据了视网膜的大部分；当她离你很远时，她的影像只会占据视网膜的一小部分。她可以正面对你，也可以略微侧身，还可以侧面对你；她可以微笑，可以眯起眼睛，还可以打着哈欠；她可以在强光下，可以在阴影里，也可以在迪斯科舞厅光怪陆离的灯光下；她的面孔可以出现在不同地点，可以有不同的变化。尽管印在你视网膜上的光的模式每次都不相同，但你可以立刻感觉到自己注视的是朋友的脸。

现在我们“进入”大脑内部，看看完成这个惊人举动时你的大脑里究竟发生了什么。在实验中监测大脑皮层视觉输入区（即V1区）的神经元的活动时，我们发现这些活动模式和她脸的每一个影像都不相同。V1区中的活动模式随着脸的每一次移动和你眼睛的每一次注视而变化，与视网膜上的模式变化相似。然而，我们在监测你的面孔辨别区域时（面孔辨别区域在脑皮层层级结构中比V1区高几个级别），却发现这里细胞活动非常稳定。也就是说，你朋友的脸一出现在你的视线里（即使在想像中），不论它的大小、位置、方向如何，也不论它的比例和表情怎样，面孔辨别区的一些细胞会一直保持稳定的激活状态。这种细胞激活的稳定状态就是一种恒定表征。

从内部看，这个任务似乎简单到不能称其为任务，它和呼吸一样完全是不由自主的，平凡得令人感觉不到它的存在。但从另一个角度看，它之所以平凡，是因为我们的大脑可以很快地解决它（不要忘了“一百步”规则）。然而，对于大脑皮层是如何形成恒定表征的解释，仍然是最大的科学谜团之一。它到底有多难？回答是：即使用世界上功能最强大的计算机，也没人能够解决它。但是，尝试解决这个难题的也不乏其人。

对这个问题的思考由来已久，最早可以追溯到2300年前的柏拉图。他曾提出疑问：人类为什么能够思考，能够了解世界？他指出，真实世界的事物和想法总是不完善、不相同的，比如，你对正圆有一个概念，但在实际中从未见到过正圆，所有画出的圆圈都是不完美的，即使用几何学家的圆规画出的所谓正圆也有一条黑线，而一个真正圆的周边是没有厚度的。那么你又是如何获得正圆这个概念的呢？或许我们可以换一个更广的角度，想想你对狗的概念。你见过的狗都不尽相同，即使每次看到同一条狗所获得的影像也是不同的。所有的狗都不相同，即使面对同一条狗，你也不可能以完全相同的方式再次看到它。然而，你对狗的不同经验会形成一种稳定的有关狗的思想概念。柏拉图对此大惑不解。

大千世界充满了各种形式和不断变化的感觉，我们是如何从中获得概念的呢？

柏拉图找到了答案，就是他著名的形式论。他认为，我们的高级思维一定被控制在某个超自然的抽象层面上，其中存在着无限完善的稳固思想形式（就是理念，用大写字母F代替）。他相信我们在出生前灵魂就来自这个神秘的地方，在那里获得最根本的理念，并且在出生之后保留下来。当真实世界中的各种形式使我们回忆起和它们对应的理念时，就产生了学习和理解。我们之所以有“圆”和“狗”的概念，就是因为它们分别激发了我们大脑中“圆”和“狗”的神秘记忆。

从现代的角度看，这个观点很疯狂。然而，一旦去除掉那些夸张的形而上学的成分，你就会发现他实际上谈论的就是恒定。尽管他的阐述方式与我们的问题毫不相干，但他的直觉却道出了问题的关键，这就是有关我们本质的最重要的问题。

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我们再看几个其他有关感觉的例子，以免你产生错觉，认为恒定都是与视觉有关的。首先看看体觉。当你伸手在汽车中放手套的隔栏里找太阳镜时，只要手指一触碰到它，你就知道自己找到了。是大拇指、手掌或手指的哪个部位接触到的它并不重要；摸到太阳镜的哪个部位也不重要，不论是镜片、镜腿还是镜架。当你手的任何一个部位触摸到太阳镜时，仅仅1秒钟时间就足以让你的大脑能辨别出是太阳镜。在这种情况下，皮肤的部位不同，触摸到的物体部位也不同，因此来自触觉感受器的空间和时间模式流是完全不同的，尽管如此，你却可以不假思索地将太阳镜很快拿出来。

再看一个感觉运动的任务——将钥匙插进汽车点火开关。每一次做动作时，你的座位、身体、手臂以及手的位置都有些许差别，但对你来说，因为大脑中存储着这个动作的恒定表征，它就只是一个日复一日的简单重复动作而已。如果你想制造一个能进入汽车并插入钥匙的机器人，这时你才会明白那几乎是不可能的，除非能确保它每一次的位置和拿钥匙的方式完全一致。即使你做到了这一点，也还要针对不同的汽车给机器人设计程序。而和自-联想记忆一样，机器人和电脑程序在处理变化方面是无能为力的。

另外一个有趣的例子是你的签名。在脑前部的运动皮层有一个亲笔签名恒定表征，每次签名时你使用的有关笔画、角度和节奏的序列都是完全相同的，不论是用流畅的钢笔经常性地签名，还是像约翰·汉考克（John Hancock）那样用胳膊肘在空中炫耀地画一下，还是用脚趾夹着铅笔笨拙地签名，情况是完全一样的。

当然每次都会有少许的不同，尤其是用我刚提过的极端方式。但不论签名的大小如何，书写的工具和身体接触的部位怎样，你总是使用相同的抽象“运动程序”来完成这个动作。

从签名的例子可以看出，运动脑皮层和感觉脑皮层中的恒定表征从某个层面上看是一模一样的。在感觉方面，各种输入模式可以激活显示某种抽象模式（如朋友的面孔和太阳镜）的稳定细胞群；而在运动方面，显示某种抽象运动命令（如接球、签名）的稳定细胞群又可以遵照各种限制通过大量肌肉群表现出来。如果蒙卡斯尔是对的，大脑皮层在各个区域遵循的是同一个基本规则系统的话，这种感觉和行为之间的对称性就正是我们希望得到的。

最后，让我们以音乐为例，再回到感觉皮层。（我喜欢以音乐为例，因为它可以轻易地帮助我们理解大脑皮层处理的所有问题。）音乐恒定表征是通过你对某个调式的旋律的辨别能力体现出来的。一个曲调弹奏的调式是指旋律的基础音阶。同一首旋律，如果调式不同，开始的音符就不同；一旦你选择了演奏的调式，就确定了旋律中的所有音符。任何一首曲子可以用各种调式演奏，也就是说，用新调式演奏的“同一首”曲子实际上是一系列完全不同的音符。不同版本的曲子对耳蜗的不同部位产生刺激，因而产生出不同的空间-时间模式输入你的听觉大脑皮层，尽管如此，你每次都可以辨别出相同的曲调。除非有非凡的音准能力，否则的话，如果不连续听，你甚至分辨不出这首歌是用不同的调式演奏的。

想想那首《飞越彩虹》。你第一次听到它，可能是电影《绿野仙踪》（The Wizard of Oz）中朱迪·嘉兰（Judy Garland）演唱的，但你不可能记得它的调式（降A调），除非你有超人的音准能力。如果我坐在钢琴旁，用你从未听过的调式，如D调，来演奏，这首歌听起来与原来的没有什么区别。你注意不到所有的音符与你熟悉的那首歌已完全不同了，这就意味着，你对歌曲的记忆忽略了调式。记忆中存储的是歌曲中的重要关系，而不是每一个音符。所谓重要关系是指音符之间的相对音高，即音程。《飞越彩虹》是以一个高八度开始的，接着降了半音，然后又是一个降大三度……这个旋律的音程结构对于任何调式的版本都是相同的。如果你有能力轻易地辨别不同调式的歌曲，说明你的大脑中对这首歌的记忆是以音高恒定形式储存的。

同样，你对朋友面孔的记忆也是以某种独立于特定影像的形式储存的。她的脸之所以被认出，是由脸的相对大小、颜色和比例决定的，与上星期二午餐时某个瞬间的样子没有关系。就像歌曲的音符之间有“音高间隔”一样，脸的特征之间也存在“空间间隔”。对于眼睛来说，脸显得有些宽；和两眼之间的距离相比，鼻子显得有些短；头发和眼睛的颜色之间也有类似的相对关系，即使在不同的灯光下，在绝对颜色变化很大的情况下，这种关系都是保持不变的。你记住了她的脸，就是记住了这些特征。

我相信，大脑皮层的每一个区域都有类似的形式上的抽象，这是大脑皮层的特征。记忆之所以能够被存储是抓住了相互关系的精髓，而不是某个瞬间的细节。当你在看、在感觉、在听某个东西时，大脑皮层就接收到详细的高度特化的输入信息，并将它们转化成一种恒定形式。

实际上，被存储的是恒定形式，与每一个新的输入模式相比较的也是恒定形式。记忆的存储、记忆的唤醒以及记忆的识别都发生在恒定形式的基础之上。在计算机中却没有相同的概念。

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至此，就引出了一个有趣的问题，就是下一章将要谈到的一个大脑皮层的重要功能——如何利用记忆进行预测。既然大脑皮层存储的是恒定模式，它又是如何进行准确预测的呢？下面的几个例子可以解答这个疑问。

假设你生活在1890年的美国西部的一个边陲小镇，你的恋人要从东部坐火车来和你结婚，当然你希望去车站接她，于是你提前几个星期就开始关注火车的到站时间。但那时没有固定的列车时刻表，你所知道的只是一天之中火车不会在同一时刻到达或离开，看起来你似乎无法预测她乘坐的火车何时到达。但后来你注意到一个规律，东部来的火车到达时间要比往东去的火车离开的时间晚4个小时，即使每天到达和出发的具体时间有很大不同，但中间4个小时的间隔是一成不变的。在她到达的那一天，你只要留意东去的列车，看到后就设定闹钟，过4个小时到达火车站，她乘坐的列车也刚好到达。这个小故事说明了大脑所面临的问题，也告诉我们大脑是如何解决它的。

你感觉中的世界就像火车到达和离开的时间一样永远不会相同，但是你可以找出存在于不断变化的输入信息中恒定的条理性，并借助它去了解世界。

然而，要进行具体的预测只有这些是不够的，正如只知道火车之间4个小时的间隔并不足以使你准时到达站台迎接恋人一样。大脑要准确预测，必须将恒定条理性和最近的细节信息结合在一起。要预测火车到达的时间就必须知道列车时刻的间隔，并将它和细节信息——最后一列东去列车的开车时间相结合。

当你欣赏一首熟悉的钢琴曲时，大脑皮层可以提前判断下一个音符是什么。但正如我们所知，你对这首曲子的记忆是以音高恒定形式储存的，它只能告诉你下一个音程是什么，而不能告诉你下一个音符是什么。

要预测下一个音符，必须将下一个音程和听到的最后一个具体的音符结合起来。如果下一个音程是大三度，你听到的最后一个音符是C，由此可以推断出下一个音符是E。你大脑中“听到”的是E，而不是大三度。除非你辨别错误，或是曲子弹错了，否则你的判断是绝对正确的。

当你看到朋友的脸，大脑皮层会立刻获得信息，并预测有关脸的大量影像细节，要核实她的眼睛准确无误，她的鼻子、嘴唇和头发也和原来的无异。大脑皮层所做的预测极其详尽，甚至可以推测出你都没有见过的方位和环境下有关她脸的低级信息。

如果你对朋友的眼睛和鼻子非常熟悉，你就了解到有关她脸的条理性，并由此可以推断出她嘴唇的位置；如果你知道她的皮肤晒成了棕色，你就可以推测出她头发的颜色。你的大脑正是利用对脸的恒定结构的记忆，并将它与直接经验细节结合来做到这一点的。

列车时刻的例子正好说明了你大脑皮层中的活动，而音乐和面孔的例子却不是。恒定表征与进行预测的输入信息的结合是确实发生了的，它发生在大脑皮层的每一个区域，无处不在。是它使你对目前所处的房间做出详细判断；是它使你判断出别人将要说出的话，说话时的语气、口音以及说话声音会来自房间的哪个位置；是它使你准确地知道你的脚什么时间触到地面以及上楼梯时的感觉；是它使你能够接住投来的球，甚至用脚来签名。

本章讨论的有关大脑皮层记忆的三大特征（存储序列、自-联想记忆以及恒定表征）是根据过去记忆推测未来的必要因素，而智能的必要因素——预测，则是第五章将要探讨的主题。