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人们在不断记忆新的信息。你可能没意识到，每一个新的想法或体验都有可能触发大脑中一系列已有的记忆“痕迹”。这些痕迹一旦被唤醒，就会与新信息发生互动，试图去解释它、对它分类，还经常会改变它——以各种微妙的方式使它与已有的信息产生联系。例如，你在树林里看到一种有红色菌盖的真菌，可能会想起野生蘑菇汤的味道，以及童年时大人说它们有毒的警告。甚至有的人脑海中会回响起当时说话的声音和语调；有的人可能脑海里会抽象出蘑菇的形状，从而唤醒了原子弹爆炸的画面；有的人会对红色有反应，想起了血和危险的征兆。与此同时，也存在大量转瞬即逝的记忆。大多数记忆都是短暂的，我们甚至来不及注意到它们。即使这样，它们仍会影响我们的行为。
自19世纪以来，科学家们一直抱有一种推测：人类拥有的诸多记忆可以划分为几个不同的类别，不同类别的记忆可能储存在不同的脑区。虽然探寻脑区记忆类型的研究成果有限，但一些分类研究的成果被沿用下来。其中最重要的，就是区分了感官记忆、短期记忆（STM）和长期记忆（LTM）。
1.感官记忆
感官记忆持续的时间最短。感受器收集到丰富的感官原始信息后，会进行感官储存。每种感官都有相关脑区来处理相应信息。例如，视觉信息由位于枕叶（大脑后侧）的区域进行处理，听觉信息的处理集中在颞叶（大脑两侧）的一部分区域。大脑中也有所谓的关联区域，把各种感官区域连接起来，将所有的输入信息汇集成一个连贯的整体。
感官存储的信息量实际上是无限的，尽管感官数据在被新的刺激取代之前，通常只持续几分之一秒。通过视觉皮层呈现的图像，被称为图标（icon），它停留的时间已经满足一部每秒24帧的现代电影的放映标准，这些图像看起来是连续的（下一帧图标投影时，上一帧仍停留在脑海中）。但一部默片，以每秒18帧的速度进行放映时看起来就是闪烁的，这是因为在下一帧出现之前，上一帧图标已经开始消失。听觉信息似乎比其他感官刺激持续的时间更长，它在感官记忆中会持续几秒钟。
感官储存能过滤来自感官的信号，并在无意识下监测它们。绝大多数感官信息几乎都会立即被丢弃，监测过程只选取一小部分符合某些标准的信息传递给短期记忆。例如，极其鲜艳的色彩、处于快速移动的物体，或无意间听到一句包含熟悉名字的话语。这并不是一个简单的一步流程。对于感官记忆来说，苹果只不过是或红或绿、有些光泽的类球形固体。要感知苹果，必须将这些信息存入长期记忆（也被称为永久记忆或参考记忆），与当下得到的信息进行比较后，才能识别我们眼前的物体是什么。只有产生近似匹配后，大脑才能产生短期记忆。这一完整的记忆过程十分复杂，却几乎是在瞬间完成的。
2.短期记忆
短期记忆也被称为工作记忆，因为它依赖于兴奋的神经元发生的电化学活动，且经常被用来完成某一特定的工作，比如算账。短期记忆通常只保存10～20秒，但它对于需要意识思考参与的活动是至关重要的，即使只是理解一个句子这么简单的任务。尽管如此，短期记忆的容量却非常有限。通常，它只能同时存储大约7条信息，包括数字、文字或者图像信息等，但任何已有信息都会被新信息所覆盖。因此，短期记忆很容易受外部信息或者新想法的干扰而丢失。不过，如果短期记忆来自被高度关注的焦点信息，或者是来回重复的信息，又或者是令人产生剧烈情绪波动的信息，那么它就会变得非常强大，可能会发展为长期记忆。当与短期记忆相关的神经活动改变了大脑的生理结构时，这种变化就可能持续几分钟，甚至几十年。事实上，所有的长期记忆都有可能持续一生，只是有的记忆比其他的更难回忆。但这些记忆的痕迹仍在大脑某个地方存在着，只是我们不再知道如何找到它。
3.长期记忆
20世纪70年代，长期记忆曾是心理学家和程序员的研究课题。研究人员区分了不同类型的长期记忆，分别为陈述性记忆/显式记忆、程序性记忆/隐式记忆。陈述性记忆让我们能为事物命名，并通过名称理解事物的含义。这类记忆表现了我们一生积累下来的事实和信息的总和。其中有普通的记忆，比如昨晚的晚餐（一般不会持续几天）；也有重大的事件，比如出生和死亡（可能持续很多年）。与我们生活中的事件相关的记忆被称为情境记忆（episodic）。这类记忆会受到发生时间的久远程度、回忆的次数和频率，以及人们对事件的重视程度的影响。
一件事给人的印象越深刻，人们对它的记忆就越持久。事实记忆（factual memory）指的是更客观的知识，比如数学公式或莎士比亚的台词。语义记忆（semantic memory）赋予信息以意义。所以，当我们想起或听到“玫瑰不论叫什么……”这句话（戏剧《罗密欧与朱丽叶》中的台词），会知道玫瑰是一种花，它的茎带刺，花香迷人，通常被视作浪漫的象征。尽管有一些心理学家很喜欢使用这种分类系统，但有的人认为这是人为分类，并不反映大脑记忆方式的主要差异。在他们看来，学习莎士比亚的戏剧本身属于学生生活中的情境记忆，所以记住这些台词可能与记住一场生日聚会相比，没什么不同。
形容一个人拥有“像大象一样的记忆力”，说明她的记忆力很好；形容一个人的“记忆力和鱼一样”，则说明她的记忆力很糟糕。但动物真的有记忆吗？
有些动物的记忆能力通过基因遗传。许多动物（比如马和长颈鹿）从出生落地那一刻起就能够独立行走，这种能力是从它们的父母那里遗传得到的（对比人类婴儿出生后需要学习行走）。可以说，野生动物的许多行为在出生前就已经“预设”好了。与人类不同，它们在出生后依靠本能多过后天学习得到的经验。
尽管如此，许多宠物的主人声称，有迹象表明他们饲养的小动物具有辨认和学习能力——想想猫咪听到主人的脚步声是如何奔向他们的，以及大多数宠物面对主人的呼喊是如何回应的。
在另一方面，一些专家认为语义记忆很可能运用了某种不同的心理过程。记忆规则和概念，似乎比记忆事实更加容易。即使人们忘记了某个具体的单词，却还能记住这个单词在句子中的意思。在一项实验中，大学生被试被告知了一个关于美国原住民划独木舟（canoe）狩猎的故事，而他们记住的却是关于划船（boat）捕鱼的故事。相比于独木舟，大学生们对船更为熟悉。不难发现，有些词被错记是为了保留更合乎人预期的含义。有的人认为，忘记精准的事实在一定程度上是为了保留语义记忆而做出的牺牲。
程序性记忆（procedural memory）与陈述性记忆非常不同，两者似乎涉及神经系统的不同部分。程序性记忆是关于如何做事的记忆，而不是关于事物是什么的记忆，它让人们能够使用后天习得的某些技能（大部分是无意识状态下的），比如直立行走和骑自行车。这类技能通常学起来并不容易，但一旦掌握就能形成程序性记忆，能够伴随人一生。比如，一个会骑自行车却多年没碰过车的人，只需几分钟就能重新上手这项技能。又如，一名马术师从马背上摔下来，大脑受到严重损伤，连马都认不出来了，但是他一骑上马背却能很快学会骑马。因此，也有人认为，陈述性记忆只储存在人的大脑中，但程序性记忆可能有一部分分布在人的全身，比如在那些能控制肌肉的神经细胞中。
有的研究人员发现，程序性记忆的持续时间取决于相关技能的类型。只有那些需要对不断变化的刺激做出不间断反应的连续技能（continuous skill）才会被记忆终身——比如骑自行车，或者任何涉及平衡的技能。而所谓的分立技能（discrete skill）则是一系列独立的动作，比如驾驶汽车的记忆就不会储存很久，如果隔了一段时间不开车，再次上手就会感到手生，有的人甚至会觉得自己不会开车了。