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就某种程度而言，记忆是大脑赋予环境秩序的一种尝试。
近年来，由于活体脑成像技术的创新和运用，我们对记忆整合编码的神经机制有了新的认识。通过运用这类技术，心理学家在研究知觉、语言、记忆等认知过程的大量实验过程中，得以观察人类在完成这些任务时，特殊的大脑活动。在所有脑成像技术中，正电子发射断层成像（PET）最为先进。在PET扫描的研究中，实验参与者平卧，环形的扫描仪固定在头颅四周；扫描仪开启后，能够准确读取大脑特定部位的血流量。
PET扫描的基本原理是，当大脑某一部位参与一项认知活动时，活动量就会相应增加，比那些不参与这一活动的脑区需要更多的血液供应。
在一项PET扫描成像研究中，多伦多大学的一个实验小组（该小组成员之一是弗格斯·克雷克（Fergus Craik），即加工层次理论的提出者之一）要求实验参与者以两种方式加工信息：深度的精细编码，或者粗浅的非精细编码。
为确定深层次精细编码所激活的脑区，他们用此种编码时大脑的PET活动水平，减去非精细编码时相应的活动量。结果发现，大脑额叶有强烈的激活（大量的血流涌入），额叶是广泛覆盖于大脑前部的皮质区（见图2-4）。与精细编码密切相关的激活，主要在大脑前部下方的左侧额叶。另外的一些PET扫描研究表明，当人们进行深入的分析活动时，这一区域同样被激活。并且，一旦这一脑区遭到损伤，人往往会难以很好地对新信息分类加工，从而表现出记忆编码的困难。因此在深度的、精细的编码活动中，左侧前额叶起着重要的作用。
编码活动与额叶密切相关表明，记忆的各种认知过程，可以与大脑的特定部位相关联。事件相关电位（event-related potential，ERP）的研究，提供了大脑如何编码信息的新知。所谓事件相关电位，是由特定刺激如光线、声音等所引起的脑电波反应。精细编码所引发的一个特定脑区的ERP被称为P300，它在人看到一个词或接受其他外部刺激约1/3秒（即约300ms）后出现。当刺激特别明显、强烈时，比如安静环境下的一声巨响，其引发的P300振幅会增大。这表明大脑对出乎意料、引人注意的信息会进行更多加工。可想而知，编码过程中的P300越高，对信息的记忆越好。
图2-4
如图所示，大脑每个半球的皮层主要可以分为四个部分：额叶、顶叶、颞叶和枕叶。额叶皮层分布广泛，其中包含了各种次级结构，它们负责执行各种认知功能，比如记忆的精细编码、策略性提取、工作记忆及回忆源信息等（参见第4章）。顶叶、枕叶和颞叶中的某些特殊区域负责存储长时记忆的不同方面和特性（参见第3章）。这些皮层与大脑更深处的一些皮层下结构，比如海马等（见图5-1）密切关联地运作，从而使得我们能够记住当下正在体验的经历。
图片来源：Reprinted from F. E. Bloom and A. Lazerson, Brain, Mind, and Behavior, 2d ed. (New York: W. H. Freeman Co., 1988).
在记忆研究领域广为人知的脑区海马，也参与对新异事件的编码。海马深藏于颞叶内侧，是一个形似马蹄铁的微小结构（见图5-1）。对脑损伤病人的研究表明，海马的损伤会引起严重的近期记忆丧失，这导致过去几十年来记忆领域的学者一直聚焦于海马记忆功能的研究。尽管近年的一些新发现在某种程度上调整了原来的结论，但海马在记忆活动中的重要作用是无可置疑的。
PET扫描成像研究发现，当人们在观看风景图片，如南美洲的雨林或西藏高原时，海马会变得非常活跃。我和同事们的一项PET实验也发现，当实验参与者观看“在现实中不可能/不合理”的图形，并需要对它们分类时，他们的海马也会活跃起来。
这些脑成像结果表明，在信息编码过程中，海马对新异的信息会有特定反应。在面对新异刺激时，海马会活跃起来，我们的注意力也会被引向这个刺激。这种注意力的转移会继而激活一个包括大脑左侧额叶在内的神经网络，从而激活大量语义联想和知识的素材库，最终完成精细编码。
上述行为和生理方面的研究证据表明，我们对于以往经历的记忆，是在感受和分析这些信息时自然而然的产物。我们对往事的回忆，在很大程度上取决于记忆编码过程。比如，只有那些经过精细加工的方面，才有可能成为我们后来回忆的对象。这些被精细编码过的信息，就是我们意识中的所谓经验，亦即奈塞尔笔下的“恐龙化石”或沙金笔下的模糊的记忆碎片。编码越精细，能够保留下来的信息也就越丰富，也更容易引起我们对于相应往事中所见、所感、所思的回忆。可以说，记忆在很大程度上就是编码。不过更稳妥的说法是，记忆建立在编码的基础之上。因为，如下所述，有意识回忆的决定因素并非那么简单。