來(lái)源 IEEE等

編譯 七君

你想擁有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，還是能夠深思熟慮、考慮事情比較周全的能力？

你可能會(huì)疑慮，為什么不能同時(shí)擁有這兩種能力？

還真不能。想要擁有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，就必須犧牲大腦的“成熟度”，反過(guò)來(lái)也是一樣。

一起來(lái)看看背后的原理。

在賓夕法尼亞大學(xué)里，2014年的美國(guó)跨領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)之一——麥克阿瑟天才獎(jiǎng)（MacArthur Fellow）獲得者、物理學(xué)家和系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)家 Danielle Bassett 正在使用核磁共振成像（MRI）技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)理論（基于數(shù)學(xué)的一個(gè)分支——圖論來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)相關(guān)問(wèn)題的學(xué)科）來(lái)構(gòu)造大腦學(xué)習(xí)的模型。

Danielle Bassett

Bassett 目前是賓大工程與應(yīng)用科學(xué)系的副教授，同時(shí)也是快速發(fā)展的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的一支前沿——?jiǎng)討B(tài)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)科學(xué)（dynamic network neuroscience）的先驅(qū)。

她想知道，人腦是怎樣思考的，我們是怎樣學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的。如果我們能揭秘大腦學(xué)習(xí)的模式，那么我們就可以讓自己學(xué)得更快更多。

Danielle Bassett 用網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)筑了了大腦中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，并且研究了在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)元的信號(hào)通路是怎樣隨時(shí)間變化，被經(jīng)歷所塑造。

Bassett 說(shuō)，“10年前，我們要等人死了才能研究人腦的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，但是現(xiàn)在借助非侵入的核磁共振成像技術(shù)，在人活著的時(shí)候我們也可以研究他們的大腦了?！?/p>

核磁共振成像儀

Bassett拍攝了人類大腦在學(xué)習(xí)時(shí)的核磁共振影像，并借助她研發(fā)的新技術(shù)發(fā)現(xiàn)了大腦的學(xué)習(xí)的一個(gè)奇特特征，而這是前人所沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的。

當(dāng)我們正在學(xué)習(xí)一個(gè)新的動(dòng)作，比如練習(xí)游戲吉他英雄（guitar hero）里面的一系列音符的彈法的時(shí)候，有2個(gè)腦區(qū)非?；钴S。

吉他英雄游戲，類似于太鼓達(dá)人。

首先就是運(yùn)動(dòng)皮層（motor cortex），手指的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)這個(gè)腦區(qū)。其次是視覺(jué)皮層（visual cortex），它是負(fù)責(zé)處理在游戲中看到的符號(hào)和圖像的。

運(yùn)動(dòng)皮層（左圖黃色）和視覺(jué)皮層（右圖紅色）

一開(kāi)始，大腦的這兩個(gè)不同系統(tǒng)之間有著非常緊密的互動(dòng)，因?yàn)樗鼈円畔⒐蚕?。這說(shuō)明我們的大腦正在努力積極地學(xué)習(xí)新動(dòng)作。

但是練習(xí)幾周后，隨著我們對(duì)新動(dòng)作的掌握程度不斷加深，肌肉記憶形成，腦區(qū)之間的交流也就逐漸停止了。

你可以猜到，那些學(xué)得最快的人的大腦安靜下來(lái)所需的時(shí)間也最短，他們也是對(duì)新知識(shí)掌握得最好的人。反過(guò)來(lái)，那些非常努力地學(xué)習(xí)，腦區(qū)活躍了很久的人，反而是學(xué)得慢的人。

這點(diǎn)其實(shí)還挺好理解的，那些學(xué)得快的人，很快就可以在“不動(dòng)腦子”的情況下如魚(yú)得水地運(yùn)用新知識(shí)、新技能了。但是那些學(xué)得慢的人，反而還要思考很久，“更費(fèi)腦子”。

Bassett 說(shuō)，看到這個(gè)研究成果的時(shí)候她總禁不住想起在學(xué)習(xí)壘球時(shí)，父親和她說(shuō)的一句話，“你太用力了，做過(guò)頭了?！?/p>

但是 Bassett 還有另外一些反常識(shí)的發(fā)現(xiàn)。原來(lái)，學(xué)得慢，并不意味著一個(gè)人更笨，也可能是因?yàn)門(mén)A的大腦更為成熟。

Bassett 說(shuō)，對(duì)于大腦的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，最大的阻礙就是大腦的執(zhí)行系統(tǒng)（executive system）。大腦的執(zhí)行系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)工作記憶、推理、計(jì)劃、注意力、抑制和控制等高級(jí)認(rèn)知功能。

顯然，大腦這個(gè)功能板塊對(duì)于我們做決策來(lái)說(shuō)非常重要，沒(méi)有它，我們就無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的思考，無(wú)法做決定，更無(wú)法成為獨(dú)立而成熟的個(gè)體。

既然執(zhí)行系統(tǒng)會(huì)阻礙學(xué)習(xí)，那么在學(xué)習(xí)能力處于人生巔峰的兒童身上，執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)該很弱吧？

Bassett 和賓大的大腦行為實(shí)驗(yàn)室（Brain Behavior Laboratory UPenn）的腦科學(xué)家合作，對(duì)882個(gè)8-22歲的兒童或青年的大腦進(jìn)行了分析。相關(guān)研究發(fā)表在了2017年的《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）上。

結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，沒(méi)錯(cuò)，執(zhí)行系統(tǒng)是大腦中最晚發(fā)育的部分。為了讓人類的兒童學(xué)到更多的知識(shí)，他們大腦的判斷力、推理和計(jì)劃的發(fā)展速度都被演化調(diào)慢了。

這就是小孩子不會(huì)想很多，考慮很多，但是他們學(xué)得反而快的原因。變得更成熟、思慮更周全的成年人，學(xué)習(xí)能力反而下降了。

Bassett 說(shuō)，隨著年齡的增長(zhǎng)，長(zhǎng)大后的我們的執(zhí)行系統(tǒng)終于跟上了大腦其他軟硬件發(fā)展的步伐。我們會(huì)想得越來(lái)越多，但同時(shí)，我們的學(xué)習(xí)能力也隨之下降了。

相對(duì)于成年人的大腦（右上），兒童的大腦（左下）的執(zhí)行功能更弱。成年人大腦的執(zhí)行功能更強(qiáng)，同時(shí)各個(gè)腦功能模塊更為獨(dú)立和完善。

doi：10.1016/j.cub.2017.04.051

依靠這些研究成果，Bassett 希望在未來(lái)為處于不同發(fā)育狀態(tài)的大腦創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，“我們可以設(shè)計(jì)一些技術(shù)來(lái)啟動(dòng)人們的大腦，用一些治療手段來(lái)幫助人們學(xué)習(xí)?！?/p>

實(shí)際上，已經(jīng)有人開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題了。Bassett 實(shí)驗(yàn)室的神經(jīng)科學(xué)家 John Medaglia 就在使用經(jīng)顱磁刺激（TMS）技術(shù)嘗試改變我們的大腦。

經(jīng)顱磁刺激（TMS）技術(shù)會(huì)在特定腦區(qū)產(chǎn)生微弱的電流環(huán)路。

經(jīng)顱磁刺激技術(shù)是一種可以讓大腦的某些區(qū)域產(chǎn)生微弱電流環(huán)路的磁線圈，它常被用于治療頭痛和抑郁癥。

如果我們對(duì)一些神經(jīng)疾病，如癲癇和帕金森氏病的相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有更多的了解，那么有一天我們說(shuō)不定就可以利用經(jīng)顱磁刺激技術(shù)治愈這些疾病，甚至還可以開(kāi)啟人類在童年終結(jié)時(shí)失去的那部分學(xué)習(xí)能力。

這么說(shuō)起來(lái)，如果你被人說(shuō)“不成熟”、“孩子氣”，你可以沾沾自喜啊，不成熟的大腦才能學(xué)得快嘛。

不過(guò)癮，請(qǐng)戳

他們拍下了光的慢動(dòng)作，可能會(huì)刷新你的世界觀

童年回憶里的這種圓滾滾的蟲(chóng)蟲(chóng)，居然有鮮為人知的強(qiáng)迫癥