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我们都有过这种体验吧？有时候，原本正在房间里做着什么事，突然想起来要到另外的房间拿个东西。起身去拿的半路上，被什么打了岔，好比说注意到广播里放的曲子，听到旁边有人说了什么好笑的话，或是突然想明白了之前看过的某部电视剧中琢磨了好几个月的剧情大转折。不管是什么吧，反正就是到了要去的那个房间，却一下子想不起到底是来干什么了。这种令人沮丧、心烦，还浪费时间的情况，却偏偏是大脑处理记忆的方式出奇复杂而造成的诸多怪癖之一。
大多数人最熟悉的记忆分类方法是区分短期记忆和长期记忆。两者区别明显，但又相互关联。它们的名称很恰当：短期记忆最多持续一分钟左右；长期记忆能够与你相伴终生，实际上也的确如此。有人把回想起一天前或几小时前的事称为“短期记忆”，那是错的，它们都是长期记忆。
短期记忆维持时间不长，但负责对实时的信息做有意识的操作，也就是我们当前正在想的事。我们之所以能够思考，是因为信息就在短期记忆中；这就是短期记忆的功能。长期记忆提供了丰富的数据辅助我们思考，但真正进行思考的是短期记忆。（因此有些神经科学家更喜欢说“工作记忆”，它实际上是短期记忆再加一点额外的处理，后面我们会说到。）
很多人可能想不到短期记忆的容量非常小。目前的研究结论认为，短期记忆的平均容量是一次最多4样“东西”。假如要背一组单词，那么人只能记住其中的4个。这个数值是根据无数次实验得到的，实验人员让人们回忆刚刚看到的一组单词或物品，能够很有把握地回想起来的平均个数为4。多年以来，这个容量值一直被认为是7加减2，源起于乔治·米勒（George Miller）在20世纪50年代做的实验，所以也常有人称其为“神奇数字”或“米勒定律”。然而，重新评估回忆结果并修正实验方法后，目前的数据表明，真实的短期记忆容量更可能是4样东西。
此处我用了一个模糊的说法“东西”，不是（好吧，不只是）因为我说不清，实际上在短期记忆当中把什么算作“1样东西”会根据情况而变。人们开发出了很多策略来突破短期记忆容量的限制，尽量扩大储存空间。其中一种方法叫“组块化”，意思是把事物归类为小的整体，即“组块”，从而充分利用短期记忆容量。比如，实验者要求你记“气味”“妈妈”“奶酪”“像”“你的”5个字词，那就有5样东西；但假如要求你记住“你妈妈的气味像奶酪”，那么就可以把这句话作为1样东西，当然也有可能让你和实验者打起来。
与之相反，我们并不知道长期记忆的容量能有多大，因为还没有人能活到把它装满，但它确实大得要死。为什么短期记忆就那么限量？部分原因是它在不停地工作。我们清醒时的每一刻（以及睡觉时的有些时刻）都在经历和思考着什么，源源不断的信息以惊人的速度进进出出。因此完全不适合把短期记忆用作长期储存——后者需要稳定和有序，否则就会像把你所有的箱子和文件夹都扔到了繁忙的机场入口。
另一个因素是，短期记忆并没有“实体”基础；短期记忆储存在神经元的特定活动模式中。我来解释一下：“神经元”是脑细胞或者说神经细胞的正式说法，它们是整个神经系统的基本单元。本质上，每个神经元都是一个很小的生物处理器，能够接收和产生信号，信号的形式是沿着神经元最外层的细胞膜输送的电活动。以此为基础，神经元与神经元之间还能形成复杂的相互作用网络。而在相关的特定区域，比如额叶的背侧前额叶皮层，神经元的活动就构成了短期记忆的基础。通过扫描脑部可知，很多精密复杂的“思考”都发生在额叶区。
以神经元活动的模式储存记忆会带来很多问题。有点儿像把购物清单列在卡布奇诺的奶泡上，单纯从技术层面来讲是有可能做到的，因为奶泡会让字形保留一会儿，但维持不了很长时间，因而以这种方式储存并不实用。短期记忆用来快速处理和操作信息，而在源源不断的信息流中，不重要的会被忽略，然后很快被覆盖或消失。
这套系统并非万无一失。实际上，常有重要内容还未得到恰当的处理就从短期记忆中被顶了出去，于是就出现了“我到这儿是干吗来着”的情节。短期记忆还会负荷过重，受到太多新信息和新要求的轰炸而无法集中到任何一点上。你一定见过这样的情景：身处嘈杂的环境（比如小孩子的聚会，或是闹哄哄的工作会议），每个人都在哇啦哇啦地说话，有人突然大叫：“我完全不明白在干吗”。这话说得一点儿没错，此时短期记忆已经没办法应付超载的工作量了。
那么问题来了：既然用来“想”的短期记忆只有很小的容量，我们还做得成什么事儿啊？难道不应当是干坐着连一只手的手指头都数不清吗？幸运的是，短期记忆与长期记忆相连，因而长期记忆分担了很多压力。
就拿专业译员来说吧，他们一边听着内容又多又长的演讲，一边把演讲翻译成另一种语言。这显然超出了短期记忆能应对的范围吧？事实上，并没有。如果让一个还在学习外语的人试着同声传译，那么当然会是一项艰巨的任务。可对于译员来说，两种语言中的字词和结构都已储存在长期记忆中（大脑甚至还有专门负责语言的脑区，就像后面我们会说到的布洛卡区和维尼克区等），短期记忆只需要处理词序和句意，而这是它做得到的，尤其在经过训练后。所有人都存在此类短期记忆与长期记忆的相互作用，你不必在每次想吃三明治的时候都去学习三明治是什么，但你会在进厨房的那一刻忘记自己来是因为想吃一个三明治。
信息有多种途径可以变成长期记忆。在意识层面，我们可以靠背诵让短期记忆转变为长期记忆，比如反复默念某个重要的电话号码。反复的必要性在于，与短期记忆短暂的电活动模式不同，长期记忆基于神经元之间的新连接，而建立连接的基础是突触，重复想要记住的事情能够刺激突触的形成。
为了把信息从身体传到脑或是反向传递，被称为“动作电位”的信号沿着神经元传导，就像电流沿着惊人柔韧的电缆传送。一般情况下，次第相连的多个神经元组成一条神经，把信号从一处传导到另一处，因此信号要到哪里去必须经由一个神经元传给下一个神经元。两个（也可能更多）神经元之间的连接节点就叫“突触”。突触并不是一种直接接触的连接，实际上是一个神经元的某个终端和另一个神经元的某个开端之间形成的一道狭窄空隙（当然，很多神经元有多个开端和多个终端，只不过知道这点会搞得我们更糊涂）。当一个动作电位到达突触时，突触前端的神经元便把一些名为“神经递质”的化学物质喷进突触；神经递质穿过突触，到达下一个神经元，与其细胞膜上的受体结合；神经递质一旦结合受体，就在该神经元上引发动作电位继续向下传导，直至下一个突触。后面我们会说到，神经递质有很多不同的类型，各有不同的作用和功能。识别并结合不同神经递质的受体也各不相同，就像防盗门必须用相应的钥匙、密码、指纹或视网膜扫描才能打开一样。
突触被看成是脑中真正“记住”信息的地方。和硬盘里特定的一串0和1代表某个文件一样，特定区域的一群突触代表了某段记忆，当它们被激活时，我们就有了一段“回忆”。所以，突触就是记忆的实体形式。就像我们可以从纸上的墨迹中读出具有含义的字词一样，当某个或某一群突触变得活跃时，大脑就解读出了一段记忆。
通过形成新突触新建长期记忆的方式叫作“编码”，即记忆在脑中储存的过程。
大脑有相当快的编码速度，但开始编码前会需要一点时间，所以短期记忆要先靠不那么持久却更为迅速的活动模式来储存信息。短期记忆并不形成新的突触，只是触发一些多功能的突触。利用复述信息的方式可以使短期记忆保持足够长时间的“活跃”，让长期记忆有时间编码。
不过，“死记硬背”法并不是让我们记住事情的唯一方法，显然我们也没有用此法来记忆所有一切能记住的东西。没那个必要。有足够的证据表明，我们的每一段经历几乎都会以某种方式储存在长期记忆中。
来自各个感官的信息以及与之伴随的情绪与认知等全部传到大脑颞叶中的一个区域：海马。海马是极其活跃的脑区，不停地把源源不断的感觉信息编入“个体”的记忆。从大量实验证据来看，海马区就是实际编码记忆的地方。海马受损的人表现出无法编码新记忆的问题；而总是在学习和记忆新信息的人则有着体积明显更大的海马（例如伦敦的出租车司机，其海马显著增大，后面我们会说到海马负责处理空间记忆和导航），说明对海马的依赖程度以及海马的活跃程度都更高。还有些实验“标记”了新形成的记忆（过程很复杂，包括注射一些在神经元形成时需要用到的蛋白质，同时这些蛋白质又要能被检测得到），发现它们集中在海马。除了这些证据外，近来更先进的扫描实验还能实时检测海马的活动。
海马编制的新记忆被“后面”不断形成的更新的记忆慢慢推进大脑皮质。完成编码的记忆逐渐加强加固的过程叫作记忆的“巩固”。因此，靠短期记忆不断重复直至记住并非制造新的长期记忆时不可或缺的一步，但它通常可以作为一种好方法来确保一段特别编排的信息能够被编码。
就拿电话号码来说。它只是一串数字，而数字已经存进长期记忆，为什么还需要再次编码？不断重复电话号码，是为了标示出这串数字特定序列的重要程度，需要作为专属记忆被长期记住。重复的过程相当于短期记忆给一小段记忆贴上“加急”标签，然后再把其送到文件归档处。
那么，如果说长期记忆把一切都记住了，那为什么我们还是免不了会忘事呢？问得好。
目前达成的普遍共识是：被遗忘的长期记忆其实还在脑子里，除非外伤造成物理性损坏（这种情况下，记不住朋友的生日似乎也不怎么要紧了）。不过，长期记忆要派上用场必须经过三个阶段：产生（也就是编码），有效储存（先是在海马，再是大脑皮质），提取。一段记忆如果取不出来，就和根本不存在没差别。这就好比你找不到手套了，虽然你还是拥有手套的，它们还在，但并不会改变你不得不光着手受冻的事实。
有些记忆容易提取，因为它们更突出（更醒目，更有意义，更强烈）。例如，附带强烈情绪的记忆往往很容易回忆，像自己的婚礼、初吻，或是那次往自动售货机里扔进去一包薯片的钱却出来了两包的好运。除了事件本身，同时回忆起来的还有当时的情绪、想法和感觉。所有一切在大脑中与特定记忆间产生了越来越多的关联，意味着前面说的巩固过程为这段记忆附加了更重大的意义，添加了更多连接，让它变得更加容易提取。相反，那些没有重要连接、孤零零的记忆（例如平淡无奇的第473个工作日）就没能得到充分的巩固，因而也就难以提取。
这种特点甚至被人脑用作一种生存策略，尽管是会使人不愉快的策略。一些遭遇过创伤事件的人常为记忆所苦，车祸、惨案之类的记忆在事情过去很久后还像“闪光灯”似的鲜活重现（详见第8章）。这是由于创伤发生时情感冲动过于剧烈，肾上腺素充斥大脑和身体，对事件的感知变得异常强烈，以至于记忆根深蒂固地扎根在脑海中，栩栩如生。仿佛大脑对发生过的可怕事件做出了鉴定：“就是在这里，发生了可怕的事，别忘记了，我们不想再让噩梦重演。”然而麻烦的是，过于鲜活的记忆会制造混乱。
没有哪段记忆是孤立形成的。有一些怪诞的研究揭示，哪怕是在平淡无奇的场景中，获得记忆时的情境都可以成为帮助记忆提取的“触发器”。
有这样一个例子：科学家让两组被试者学习新东西，其中一组在普通房间里学习，另一组则穿着全套潜水设备到水下学习。随后科学家分别在普通房间和水下测试了两组人学习指定内容的情况。结果显示，在与学习时相同的环境里接受测试的人，成绩明显好于那些在不同于学习时的环境里接受测试的人。同时，在水下完成学习和测试的人要比在水下学习，但在普通房间做测试的人分数高得多。
是否待在水下与学了什么并没有关系，但却构成了学习时的背景环境，对取用记忆很有帮助。学习时形成的记忆往往涉及当时的情境，因此置身于原来的环境可以有效地“激活”一部分记忆，让记忆变得更容易提取，就像拼词游戏里给出了几个字母作为提示。
需要指出的重要一点是，关于自身经历的记忆只是记忆的一种类型，称为“情景记忆”，也叫“自传式记忆”，不用说大家也能明白。但还有种“语义记忆”，信息基本上不涉及环境。比如你记得光速比音速快，但不记得这是在具体哪一堂物理课上学到的。记得法国首都是巴黎，属于语义记忆；记得在埃菲尔铁塔上犯晕的经历，则属于情景记忆。
以上都是我们有意识觉察到的长期记忆。还有一大类长期记忆，则是我们不需要有意去想的，像一些不假思索就有的能力，比如开车或骑自行车。这类记忆称为“程序记忆”，在此就不继续深入了，因为一旦深入你就会开始仔细琢磨，这样一来反而可能会令记忆的使用变得困难。
总而言之，短期记忆速度快、可操纵、时间短；长期记忆连续、持久、容量大。这就是为什么你会一直记得学生时代发生的某件趣事，却在去房间时因为一点儿小事分心而忘了自己为何会出现在那里。