睡眠學習,從不靠譜到有點靠譜

圖片來源@視覺中國

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文丨腦極體

睡眠學習,顧名思義,就是通過睡眠來增強人類的學習能力。

這個概念包含了兩層意思,第一層就是探討「睡眠是否可以鞏固我們醒着時候學到的東西」;第二層是探討「在睡眠過程當中,能不能學習新的東西」?

我們先開一個腦洞。

如果戰國時期的莊周老先生活在現代,他會如何看待這一個問題呢?估計莊周很可能會覺得人類已經病入膏肓了。

我們知道莊周曾經說過「吾生也有涯,而知也無涯,以有涯隨無涯,殆矣」的話,也就是說知識的儲量是無窮無盡的,我們用自己短暫的人生去追求無盡的知識,這樣很危險。現在我們不僅要把醒着的時候浪費去學習,還要拿睡眠去追求新知,這不是更瘋狂么?

話雖如此,但其實莊周這個漆園吏在當時已經是極少數知識最淵博的學者了。放到今天,他估計也是某高校里一位狂妄不羈的學者,一方面大力宣揚自然主義的人性論,一方面又苦苦探索着「莊周夢蝶,蝶夢莊周」的生命奧秘。

沒辦法,這是人類的求知慾和好奇本性使然。知識(當然大部分只是信息)的增長,已經讓現代人將睡眠時間一再壓榨得所剩無幾。既然醒着時候的學習潛力已經挖掘殆盡,那不如向著佔據我們人生三分之一的睡眠來攫取潛力。

我們真的可以在一邊睡覺的時候一邊學習嗎?近些年一些研究正試圖證明這一點。在具體介紹和評價這些研究之前,我們可以先來回顧下科學家們已經發現的那些睡眠和學習相關的秘密,以及他們曾做過的那些有點「腦洞大開」的實驗,最後我們再看下當前睡眠學習的研究和問題。

從科幻走進現實,睡眠學習的「野蠻探索史」

科學新知的萌發很多來自於大膽的假設和猜想,比如「一個小球從斜坡滑向一個絕對平滑的平面,會不會無止境的走下去?」、「如果我能追到光,時間會不會慢下來?」

所以我們不能輕易嘲笑任何一個「奇思妙想」,比如,我們對着一個熟睡的人不斷重複一些知識,這個人醒來后還會不會記得?

相較於「無摩擦平面」、「追趕光速」的想象,夜深人靜時候對着一個人說話卻是很容易實現的。據說古代的佛教僧侶們就會在熟睡的年輕僧侶耳邊誦經,幫助他們更容易記住和理解經文。至於效果么,我們就無從得知了,就如同無數的媽媽給還在子宮裡的孩子放莫扎特一樣,難以得到準確的結果統計。

但真的有科學家想要證實這件事情。

1942年美國心理學家Lawrence LeShan教授設計了這樣一個睡眠干預實驗。他在紐約州的男子夏令營里選出一批有咬手指習慣的孩子,並分配到兩間不同的木屋裡,一組為「睡眠學習」組,一組為參照對比組。

每當「睡眠學習」組的孩子熟睡之後,放在屋子裡的留聲機就會不斷播放「咬手指很不好,我手指很苦」之類的暗示性的話。在播放的16000次關於「咬手指」的句子中,其中一部分還是在留聲機故障后,LeShan教授半夜親自進去重複讀給孩子們聽的!

最後在檢查了所有孩子的手指甲后,統計出「睡眠學習」組有40%的孩子改掉了咬手指的壞習慣,對照組無一人改正。這一實驗似乎成功證明了睡眠時候的語言灌輸能夠影響人們的行為。

二十世紀真的是科學社會實驗的黃金時代!受此影響,50年代的美國,一所縣監獄也開始嘗試使用這一方法來改變囚犯們的壞習慣,幫助他們重新做人,結果據說也非常「理想」。

同時參與這種實驗的還有當時的蘇聯,由於擔心美國人贏得睡眠學習的先機,他們決心開展一項規模更大的社會實驗。

蘇聯直接選擇了一個兩萬人生活的小鎮開始實驗。從1967年底開始的兩個月時間裡,研究者要求當地村民睡前一直要開着收音機,並統一規定了睡覺時間。在深夜之後,收音機就將準點播放一系列英語課程。最終負責該項目的科學家報告說,該村的村民們已經不知不覺學會了1000個英語單詞,還能進行簡單的英語對話。

可以想見,這些「實驗」都存在着種種漏洞,最起碼他們不能確認被試者是否真的有睡着。

LeShan教授實驗中的孩子很可能是醒着真切地聽到這些關於咬手指的言語威脅,更別說可能聽到黑暗中的教授的親自「訓話」;監獄裡的犯人可能為了獲得良好表現而故意表現出監獄想要的結果;而伏爾加河小鎮里居民可能早已在晚上醒來,認真地學習了這些英語節目。不知道當時如果換成中文會不會有這麼好的效果。

為了驗證LeShan教授的實驗結論,1956年蘭德公司的William Emmons和Charles Simon重新設置了更為嚴格的睡眠學習的研究實驗,因為志願者帶上了腦電圖監測設備,實驗會在確認他們真的入睡后才開始播放,最後測試證明受試者無法明確指出睡眠中聽到的單詞。

此後一系列實驗證明「睡眠學習效應」不堪一擊。

當然,科學家們既沒有放棄對睡眠的研究,也沒有放棄睡眠對學習的作用的研究。至少隨着腦科學的進展,我們獲知了一些更非常積極的結論。

增強記憶:睡眠本身就是一種學習

關於睡眠研究,在20世紀最主要的兩大進展就是睡眠周期和快速眼動的發現。

研究發現,一般人的睡眠存在一個大概90-100分鐘的睡眠節律,期間會經歷一個由淺入深睡眠的非快速眼動期(NREMs)和一個快速眼動期(REMs)。其中,快速眼動期被認作是人們做夢的主要依據,同時也被認為是大腦進行記憶整合的關鍵階段。

2015年,日本筑波大學研究團隊在《科學》雜誌發表的一項報告指出,他們找到一種可以切換快速眼動睡眠和非快速眼動睡眠的神經細胞。通過控制該細胞減少快速眼動期的睡眠時長就會減少非快速眼動期的一種德爾塔波腦電波的出現。而德爾塔腦電波能夠增強神經細胞之間的聯繫,被認為能夠增加人體的生長素的分泌,也與增強人的學習和記憶能力有關。

這一結論其實早已經通過大量對比實驗得到過證明。

先從睡眠時間多少來看,睡眠充足和睡眠不足對人們的學習記憶能力影響懸殊。在由以色列特拉維夫大學的阿維·薩德團隊對一群小學生的測試中,一組被要求提前半小時睡覺的學生和另一組被要求晚睡半小時的學生的多項測試中,睡眠不足的孩子的成績出現明顯的倒退。

此外,在對美國大量高中學生的調研中,成績排名靠前的學生要比成績差的學生,在入睡時間上要早45分鐘,睡眠時長要多25分鐘。一所高中在將早上上課時間從7點多調至八點半,學生的平均成績也出現了大幅提升。

顯然,在這個睡眠成為奢侈品的現代社會裡,更多的睡眠時間可能更有利於提高學習的質量。

而從記憶的效果來看,睡眠同樣對記憶有一定幫助。

2007年,這一結論在哈佛大學主導的一次「彩蛋實驗」中得到了印證。相比較於白天學習晚上考試的「醒組」,晚上學習白天考試的「睡組」在對彩蛋層級關係的辨識正確率上高出24%。經過24小時候,再次進行測試,睡組正確率還是比醒組要高出35%。

白天學習的醒組本來有更多的時間用於記憶,但是大部分時間都在用來睡覺的測試者卻記住了更多的單詞,這確實有點違反直覺。

研究人員分析,可能在睡眠狀態下,記憶的圖景會被拓寬,而且有證據顯示,這個記憶被拓寬的時間,就發生在快速眼動期,大腦在這一時期進行了記憶信息的整理工作,從而強化和鞏固了我們在醒着時候學到的東西。

另外,研究人員們發現,在白天通過短暫的小睡,從6分鐘到1小時,也能帶來記憶力的極大提升。這些例證不僅適應於小孩子,也適合任何職業人士或者專業人士。同時小睡片刻還能降低心腦血管疾病的發生風險。

這一發現其實非常符合人們的經驗,很多人都有「中午不睡,下午崩潰」的切身體驗。而現在你可能更能理直氣壯地告訴那些覺得午休是一種偷懶的領導這一研究結果了。你可以舉例說,人家谷歌早在2010年就在總部放置了一些「午休艙」來保證員工恢復精力,下午時間就可以取得更好的工作效率。

當然,僅僅是發現睡眠和學習的因果聯繫,絕不會滿足科學家們的好奇心。有些研究者將走得更遠,把睡眠跟學習記憶相關的各種變量拿來進行試驗。

從增強「睡眠學習」再到睡眠「學習」新知識

奧爾德斯·赫胥黎在1931出版的《美麗新世界》當中,描述了一種睡眠學習的方式,也是類似於美國那所縣監獄的做法,在小孩子們睡熟之後,利用廣播輕聲播放一些有關階級偏見的內容,以此來讓他們適應自己的社會階層。

雖然這一設想帶着暗黑的反烏托邦色彩,但這一設想仍然刺激了人們對於睡眠學習的強烈興趣和想象。在「睡眠幫助鞏固學習和記憶新知識」與「睡眠中可以學習新知識」之間,雖然存在着一個巨大的鴻溝。但其中是否包含一種可能性,能否跨越這一鴻溝?

2004年,德國圖賓根大學的研究團隊嘗試研究「經顱直接電流刺激法」 (tDCS)是否可以通過影響睡眠的腦電波放電來影響記憶力。他們想通過在受試者進入深層睡眠的階段,對他們的大腦前驅進行電流刺激。經過多天的對照試驗(有些時候通電、有些時候沒有)顯示,受試者在接受電流刺激后能夠記住更多的單詞。

2007年,德國盧比克大學的研究者則試圖通過氣味來影響這個睡眠學習過程。他們設計了一個睡前記憶遊戲,測試者在學習過程中會聞到玫瑰花的味道。在他們進入深度睡眠后,研究者還會讓他們再次聞到玫瑰花。最後結果測試,果然在睡覺后聞過玫瑰花味道,比沒有味道時,記憶效果更好。研究者分析,很可能是味覺腦區與海馬體相連,更容易影響記憶。

那麼,伴隨視覺記憶的同時,給一些聲音刺激呢?受氣味實驗的啟發,美國西北大學的認知神經科學家Ken Paller用伴隨着特定聲音的圖片來進行測試,他們發現通過睡眠時播放聲音的那些圖片,比沒有聲音的圖片,更容易記住。

Paller再進一步實驗了,如果向一個睡着的人播放某段音樂,他醒來后在遊戲《吉他英雄》里玩同一段曲子的得分會更高。

這不僅證明了睡眠有助於記憶學習,而且通過在深度睡眠階段,增加某些刺激因素,可以改善或進一步增強記憶學習的效果。

這不就意味着,天平又一步步向著「在睡眠中學新知」靠攏了嗎?

是的。由於睡眠中我們都緊閉雙眼,關閉了最大的視覺器官,但是我們還保留着聽覺和呼吸,可以聽到聲音,聞到氣味。研究人員發現,在慢波深度睡眠而非快速眼動睡眠的階段,聲音和氣味的刺激會激活大腦的記憶。儘管我們醒來毫無意識,但是我們會對睡眠時候聽到的聲音或氣味做出反應。

現在,下一步自然就到了對睡眠進行語言信息刺激的測試了。

在2019年1月,瑞士伯尼爾大學在Current Biology雜誌上發表的最新的一項研究成果發現,沉睡的大腦可以編碼新的信息並長期保存,更重要的是還能夠建立新的聯繫。

研究人員設計了一種語詞測驗。受試者要在慢波睡眠階段聽到一組成對的實物單詞,一個是編造的外語單詞,一個是單詞的所謂翻譯,比如「biktum」和「bird」,而醒來后,受試者會聽到一系列編造的單詞,然後讓他們判斷這個單詞代表的物體是否比鞋盒要大,以此來測試那個睡眠時候聽到的隱藏的單詞。結果證明,受試者對於睡眠中聽到過的編造單詞,分類的正確率要比隨機分類高10%。在進行測試時候,核磁共振也顯示,當受試者在聽到學過的新詞進行分類時,大腦中的海馬區以及與語言有關的區域都被激活。

這意味着睡眠中記憶仍然在發揮作用,把睡眠時候聽到的詞彙進行了組合記憶。

不過,這一實驗仍然有局限性,就是仍然利用的是大腦對聲音的關聯記憶,而非語義理解。也就是還不能證明,沉睡中的大腦可以學習新的語言,或者記住新的詞彙。

當然,可能你也想我一樣會這樣想,希望睡眠學習的研究大概就止步於此吧。如果通過睡覺時候的一些聲音和氣味的刺激,可以提高下我們的藝術鑒賞、音樂感受力或者改掉吸煙、酗酒等壞習慣,這樣已經是很厲害的作用了。

如果再進一步,要通過上一些設備,或者來點什麼藥物,來讓人們在睡眠時候學到點什麼新東西,比如學門新語言或者新觀念,細思極恐地你是不是覺得《美麗新世界》的預言又在逼近現實了。

但我們知道研究者不會就此止步,那些商業機構更不會放棄。就拿增強記憶力來說,層出不窮的保健品和各種儀器已經是一個相當龐大產業了,更別說失眠或睡眠障礙帶來的價值千億的商業規模。這會讓商人們都想成為科學家了。

作為普通人,我們也都知道多一些睡眠對身體和學習的好處。但一想到沒有追完的劇、刷不完的短視頻,學不完的新知識點,誰又忍心在零點前放下手機,乖乖睡覺呢。

吃着褪黑素,熬着漫長的夜,這是多麼痛的領悟!

如果未來真的有辦法可以讓我們在睡覺的時候就把該學的都能學會,該玩的也能玩了,這麼一想是不是還有一點小激動呢?

主要參考書目:《夜腦:在睡眠中自動學習的秘密》

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