《我们如何学习》9：睡眠黑客
巩固学习成果，靠的是睡眠。四个利用睡眠学习的方法：
第一个方法：多睡觉。
第二个方法：尽量在睡觉之前、或者离睡觉比较近的时候学习。
第三个方法：直接给大脑来一个物理刺激。
第四个办法：想办法在睡眠中唤起你白天特定的记忆。
学习的第四个支柱，巩固。巩固学习成果，靠的是睡眠。
睡眠对学习的重要性。晚上睡觉的时候大脑并没有闲着，是在回放白天的经历，把海马体的信息传输到更深的脑区，巩固白天所学的知识。我们已经知道这些，但是迪昂没有让我失望，他提供了更有意思的脑科学知识，而且还提供了比较极端的方法。
那些从事脑科学研究的科学家。他们综合各个学科的知识，拿人间最宝贵的东西做各种新奇的实验，而且做得相当精确。如果你是个现在还可以选专业的年轻人，建议你考虑一下“认知神经科学”这个专业。脑科学在未来很长的时间内都会很活跃，绝对有前途。
1.技能的自动化
先来看一张图，说的是刚刚学习认字的一年级小学生是如何阅读英文单词的 ——
一年级小学生读一个单词要调动好几个脑区。他们不但需要阅读的脑区，而且需要前额叶皮质参与中央控制，需要空间注意力随时调整眼睛盯着的地方，为什么呢？因为他们是一个字母一个字母地读单词。
体现在右边这个曲线上，就是一年级小学生读一个单词需要的时间，和单词的长度是成正比的。如果这个单词只有两个字母，他们大概需要 0.9 秒，如果是 5 个字母，则需要 1.4 秒。这恰恰也是阅读障碍症患者的读法，他们的速度还不如一年级小学生。你可以想象，这些人读书可以说是用手指指着一个个的字母读，非常费力。
再看二年级和三年级小学生的阅读 ——
首先他们用到的脑区很少，并不需要调用中央控制系统。特别是三年级学生，阅读时间和单词长短已经几乎没关系了，等于是扫一眼就知道那个词是什么。这是一种无意识地操作，是阅读的自动化。形成自动化，说明大脑里已经为单词和常见的字母组合长成了专门的神经回路，单词已经深深烙印在大脑里面了。
我们读中文也是如此。你不需要先辨认偏旁部首、再一个一个判断每个字都是什么，你甚至都不需要辨认几个字的组合：“中华人民共和国”，你扫一眼就知道这七个字说什么。更熟练以后你甚至都不用一句一句、可以一片一片地阅读，像罗胖更是可以“刷书”：眼睛一扫，几个关键词自动就蹦出来了。
其他的技能也是如此。打字、演奏乐器、开车，刚开始学的时候都需要前额叶皮质的参与，你是非常有意识地做动作，方向盘怎么打，什么时候踩刹车，动作非常僵硬。等到熟练以后你就可以无意识地完成这些操作，技能已经成为你的“程序记忆”。
自动化对大脑非常重要。从基层的小事中解放出来，你才能去思考大事。初学者手忙脚乱，高手云淡风轻。
所以，一个人在学习中付出了注意力，积极地参与，调动了好奇心，获得了有效的反馈，这些还不够：他还需要把学到的知识巩固到大脑里，变成快速的、自动的知识才行。
那巩固是如何发生的呢？当然是训练。你需要通过重复训练达到熟能生巧。但白天清醒状态下的训练只是一部分，还有更重要的一部分，是睡眠状态下的训练。
2.睡眠的科学
你可能经历过或者听说过这样的事情。教一个孩子比如说弹琴，白天你陪着他练了那么长时间，他就是不会 —— 可是晚上睡了一觉，第二天突然会了！他是怎么会的呢？这是因为大脑在睡眠中把白天的训练重复了很多遍。
这个效应已经被很多实验证明了。比如有个实验是这样的，两组学生接受同样的训练，同样是间隔八小时之后测试。第一组是早上8点学习，下午4点测试；第二组是半夜学习，第二天早上测试。结果因为第二组中间有个睡觉的过程，这组的成绩就明显更好。
而且你白天学的东西越多、经历越丰富多彩，你晚上就越想睡觉，睡得就越好 —— 因为你需要更多时间去回放和消化吸收白天所见所学的东西。白天疯玩一整天，晚上大睡一场，这真是美好的一天。
而且睡眠中的回放式训练很可能比白天的训练更有效。关于睡眠科学，有两个知识点，可能会让你惊讶。
一个是睡眠对白天经历的回放，是非常精确的回放。
科学家让一只老鼠白天到处运动，那个路线它只走了一遍，但是海马体记住了。海马体中有一套专门记录位置的神经元。晚上老鼠睡觉的时候，科学家观察它的脑神经活动，发现老鼠海马体的那些位置神经元先后活跃的次序，完美地等于它白天行动的路线。精确到什么程度呢？你把老鼠梦里的神经活动录下来，用计算机解码，能够反推它白天去的是哪些地方。
另一点，睡眠时候脑神经活动的回放速度，是白天实际经历速度的20倍。
《盗梦空间》（Inception）里的那个设定，说服用普通镇静剂能让梦的速度是生活速度的 12 倍，强效镇静剂能达到 20 倍 —— 其实不用镇静剂，你正常睡觉就是 20 倍。
这意味着什么呢？意味着你白天经历过一次的事情，睡眠中可以回放很多很多次。你白天练习了10遍，睡眠中可以以同样的精度练200遍。那你说睡眠能不重要吗？
当然因为你是在睡觉，你并不记得自己回放了白天的经历，这些都是科学家做实验和扫描大脑观测出来的结论 —— 但是你的大脑记得，你的程序记忆记住了，你的技能长上了。我们有时候能记得的是做梦，而梦通常都跟白天经历不一样，有很多离奇的情节，那这是怎么回事儿呢？
这就是睡眠的另一个作用，那就是建立新的思维模型。白天接收到的信息很有限，不像 AI 训练可以使用海量的信息，但我们的大脑在睡眠中把信息给压缩了，快速播放，它不仅仅是简单回放，还有混合播放。这种混合播放就好像搭积木一样，能把新信息和旧信息给联系起来，重新排列组合。
往往这种排布能给你带来白天没有的洞见。梦境不会直接给你答案，但是可以给你埋下答案的种子。有时候一个问题你白天绞尽脑汁不知道怎么办，一觉睡醒再一想，突然想明白了，那就是因为你在梦中已经尝试过各种连接方案。梦，是大脑在模拟现实，在做思想实验。
睡眠让我们在训练素材有限的情况下，不但大大增加了训练的次数，还变着花样把玩了那些素材。所以现在研究者也在设法让 AI 做梦……
那怎样才能进一步利用睡眠的好处呢？
3.破解睡眠
科学家对睡眠周期的理论现在还不是完全成熟的。迪昂说，现在大家比较认同的说法是有两个睡眠阶段最关键。一个是“深度睡眠”，这时候大脑发出一个“慢波”，大概每秒波动 40 到 50 次。深度睡眠是巩固知识性的学习的时候。另一个是“快速眼动睡眠”，也就是 REM 睡眠，大脑活动很快速，容易做梦，是巩固动作性的学习、加强程序记忆的时候。我看这个说法跟以前有人认为一切学习的巩固都发生在快速眼动睡眠阶段不太一样。不管怎么说，你都需要更好的睡眠。
四个利用睡眠学习的方法。这些方法都不是随便推测出来的，都经过了实验的检验 —— 但是得强调一句，有些实验验证还在进行之中，具体哪个更有效、效果好到什么程度，目前并没有精确的结论。
第一个方法最简单，就是多睡觉。以前人们说早睡早起身体好、一日之计在于晨，那个肯定适合农业社会，在现代社会不一定科学。特别是今天很多脑力劳动者都喜欢晚睡，那你既然晚睡，又需要保障睡眠，就应该晚起。
从脑科学角度，现在的上学和上班的时间可能是偏早了。美国有很多中小学已经改成了 8 点半、甚至 9 点开始上课，让孩子们多睡会儿。除了对学习有好处，还有研究表明，晚点上学还能降低肥胖和抑郁的可能性。
午睡也是个办法。研究表明幼儿园的小孩上午学完知识，中午如果有午睡，巩固知识的效果会好很多。
第二个办法是你应该尽量在睡觉之前、或者离睡觉比较近的时候学习。如果是上午学的知识，到晚上睡觉之前因为已经过去了十来个小时，你已经淡忘了一部分。你要是下午学，大家都比较困效果也不好。晚上睡觉之前学、学完马上在睡眠中巩固，这个效果最好。
当然学校不可能这么安排学习时间。但是你总可以在睡前读读书、把白天所学的重点回顾一遍，以期做个“好”梦。如果你是个自由职业者就更好办了，白天应该用来处理一些日常的、社交的事物，晚上夜深人静的大好时光应该用来读书学习。
第三个方法就比较激烈了，是直接给大脑来一个物理刺激。既然深度睡眠对巩固知识最有效，而深度睡眠又伴随着一个慢波，那能不能在睡觉的时候从外界给大脑来一个慢波的刺激，引导大脑更多地处于深度睡眠状态呢？
这有两个方案，都需要你在睡觉的时候戴一个头盔或者头环之类的东西。一个方案是直接对你的头颅进行电刺激，一个方案是播放某种慢波声音。这两个方案现在都有产品，但是不知道哪个品牌好，也不知道效果到底如何。
第四个办法很有想象力，是想办法在睡眠中唤起你白天特定的记忆。比如一个学生白天上了两节很重要的奥数课，还上了一大堆她认为不重要的别的课。回家写完作业看了一会儿电视剧，叫《还珠格格》。那你可以想见，她肯定更希望在睡眠中回顾那两节奥数课的知识，而不是反复播放《还珠格格》。可是她怎么才能选择自己的梦境呢？
科学家测试成立的一个办法是这样的。上奥数课的时候，老师可以在教室里弄点香水，散发出某种特定的玫瑰花的香味。学生晚上睡觉的时候，也给她闻到同样的玫瑰香味。这个香味会触发她大脑相关的神经网络，开启对奥数课的回放。
当然这个方法如果用多了会不会让大脑适应了香水味道就不灵了，又或者必须每天换一种香水。另有一个实验的办法是白天学习某些特定知识的时候播放一种声音，然后在睡觉的时候放同样的声音，这个也能加强巩固知识。
请注意！所有这些方法都只是用来巩固白天学习的知识。睡眠状态下你不能学习新知识 —— 学新知识，你必须使用专注力、积极参与、有效反馈那些办法，而那些在睡觉的时候是做不到的。有人说睡觉的时候听有声书或者听外语有用，那个已经被科学否定了。
特别放送：学习究竟是什么？
书名：《我们如何学习：大脑为何（暂时）比机器学得快》（How We Learn: Why Brains Learn Better Than Any Machine… for Now）
作者：法国的心理学和认知科学家，斯坦尼斯拉斯·迪昂 (Stanislas Dehaene)
出版日期：2020年1月，尚无中文版
核心内容：学习的底层原理。这本书结合了脑神经科学、认知心理学和计算机科学，告诉我们有关学习的最新研究进展。
*关于学习的最新揭秘 *
Q：知识都是后天学习的吗？
A：不是。有些知识是天生的。有个概念叫做“先备学习（prepared learning）”。科学家的最新认识是大脑不是白板，小孩刚出生，就已经预装了很多知识。对光线和声音怎么反应，关注语言，害怕危险的东西，这些事儿不用专门学，都已经写在基因里了，天生就会。
但是不能什么知识都预装。把大部分知识留到出生以后学习是更好的策略。先天预装知识和后天学习相配合这个机制，对我们非常重要。
Q：大脑学习跟 AI 学习的原理一样吗？
A：大脑的一些基本学习原理跟 AI 相同：
1.模型：都是训练模型，通过和真实世界互动，用数据的反馈来调整那些参数
2.分层：分层的神经网络就叫“深度学习”网络
3.监督学习：随时提供有效的反馈，是学习的关键
4.任意的震动：故意给学习加入一些随机的变化
5.无监督学习：自己给自己提供反馈
Q：那人脑学习相对于机器学习有优势吗？
A：有。人脑相对于机器学习的六个优势，都属于我们平时自己觉得挺简单，而对 AI 特别难的操作。
第一是抽象概念。
第二个优势是人的学习速度非常快，而训练 AI 需要海量数据。
第三个优势是人很容易传递知识。
第四是人有时候用一个例子就能学会。
第五个优势是最关键的，那就是人拥有一个“思想语言”，这种内在的逻辑语言，能让我们进行推理。
第六个优势是我们能够把几个技能组合起来去做一件全新的事情。
Q：为什么人脑会有这样的优势？
A：人脑学习的优势，关键在于两个能力。一个是规则，一个是假设。
第一个规则是尽量选择最简单、最小的假设。
第二个规则是注意力。
第三个规则是在“这个”、“那个”、“the”这些冠词之后跟着的，总是名词。
第四个规则是通常情况下，两个不同的词不会指代同一个东西。
人脑的学习过程是下面这三步 ——
第一，使用思想语言创造各种假设的规则；
第二，在实践中验证这些假设，找到最可能的规则；
第三，用这个规则去学习。
Q：婴儿的大脑和成人的大脑有什么不同吗？
A：最新的研究证明，婴儿的大脑已经具备跟成年人大脑一样的结构。婴儿一出生就已经自带一些关于物体、数字、人和语言的“隐形知识”。几种实验证明的、婴儿会的知识包括：生活中的物理学、数学和概率论、反向推测、生物学和语言。成年人大脑里相应的区域，婴儿都有。
因此，每个人一出生都是“自身具足”的。你身上有学习的种子，就好像人人都有佛性一样，你有“学习性”。
Q：大脑的可塑性有多强？大脑的成长有敏感期吗？
A：大脑成长的敏感期的确存在。学什么东西都跟练武术一样，本质上是个生理现象。大脑有四种记忆：工作记忆、情景记忆、语义记忆、进程记忆。学习，就是你想要语义记忆和进程记忆，你想加强神经元的连接，你想让知识长在大脑里。
大脑发育过程中各个区域的生长不一样，学习必须精密配合才行。大脑发育需要什么的时候，你必须给它什么。因为神经元是肉长的，而大脑发育过程中各个区域的生长不一样，学习必须精密配合才行。大脑发育需要什么的时候，你必须给它什么。
比如人类大脑的视觉区域会在两岁之前彻底长好，而第一个月，就是视觉最关键的敏感期。
整个听觉的成长期到三、四岁的时候结束，但是语言识别的敏感期就在出生后的几个月。
社交能力也是这样。如果婴儿在 20 个月之前没有得到父母很好的照顾，没有和人很好的互动，那么他终生的社交能力都会受限。
大脑并没有一直都保持高度的可塑性，我们不得不尊重大脑的发育顺序。
Q：学习能给大脑带来什么变化？
A：这本书提出一个关于人类学习的关键思想，叫做“神经重用假设（neuronal recycling hypothesis）”。是说学习带给我们的新能力，不管你是数学家、音乐家还是抽象艺术家，不管多么高级，都是对人类大脑中早就存在的旧脑区的新利用，而不是开辟一个新的脑区。你不是在白纸上建设一个新功能，而是把大脑已有的功能区域给来一个重新定向使用。
这个假设如果成立，就说明学习改变不了大脑的根本结构，只是把大脑的神经网络变得更敏锐、更精细化而已。而这也就意味着，我们的学习要受到大脑结构的限制。
*学习的四个支柱，缺一不可*
脑科学对学习实践有四个指导，迪昂称之为学习的四个支柱。
第一个支柱：专注力
1.专注力是使用注意力的能力。而注意力是对信息的选择。
2.大脑一共有三种注意力系统，分别决定了你“什么时候注意”，“注意什么”和“如何注意”。
3.如果你对自己所学的这个东西有强烈的兴趣和热情，你学习的时候产生强烈的兴奋情绪，那你的大脑就会更活跃，可塑性就会提高，你就会学得更好。
4.专注力意味着你可以选择看什么就能看到什么，也意味着你不看什么就忽略了什么。
5.对专注的自控包括两个方面，一个是控制自己做该做的事，一个是抑制住自己，不去做不该做的事。
第二个支柱：积极参与
1.科学学习的“积极”，是认知上的积极，而不是行为上的积极。
2.学习需要积极参与，调动更深层的大脑活动。
3.积极参与的状态由足够的好奇心决定，而好奇心由恰到好处的学习进度决定。
4.为了激发好奇心，要用提问之类的方法调动和刺激，但是这里面有一个度的问题。
5.对于有结构、有层次的真知识，我们的好奇点会沿着从低往高的方向迅速转移。
第三个支柱，反馈
1.反馈提供了意外，而没有意外就不能学习。学习，是一个 猜想 → 反馈 → 改进 的过程。
2.能降低不确定性的任何信息都是有效的反馈。学习，就是降低世界在你心目中的不确定性。
3.反馈只有两点最重要：一是及时，二是准确。
4.测验最符合 猜想 → 反馈 → 改进 这个模式。
5.除了把反馈当惩罚之外，世界各国的教育有个最根本的问题，那就是测验……太少了。
第四个支柱：巩固
巩固学习成果，靠的是睡眠。四个利用睡眠学习的方法：
第一个方法：多睡觉。
第二个方法：尽量在睡觉之前、或者离睡觉比较近的时候学习。
第三个方法：直接给大脑来一个物理刺激。
第四个办法：想办法在睡眠中唤起你白天特定的记忆。
*值得记住*
*通过审视机器，我们也能审视自己的学习。你的基础知识学扎实了吗？你是把失败当做反馈还是把反馈都当做失败呢？你做事的时候内心有个“批评者”吗？你的批评者会影响你的情绪吗？你喜欢新东西吗？……这么一对比，大多数人的学习态度远远不如机器。
*每个人一出生，其实已经掌握了所有的知识。所以学习的本质不是做加法，而是做减法。世界上并没有什么新东西，你已经都会了，你要做的只是验证……
*每个人一出生都是“自身具足”的。你身上有学习的种子，就好像人人都有佛性一样，你有“学习性”。
*大脑的固化也定义了你是谁。将来不论你有什么境遇，只要一岁以前听的都是中文，你就永久性地被打上了中国的烙印。
*没人观察的时候电子到底在干什么？也许这样的问题，是我们这个旧大脑永远都无法理解的。
*跟父母和老师学习需要你调动专注力，这个方法看似被动，却是人类特有的能力，是人类文明得以传承的关键。
*感到无聊其实是个好事儿。无聊感让我们等待好奇心，好奇心驱使我们寻求更高级的知识。
*如果你是个现在还可以选专业的年轻人，我建议你考虑一下“认知神经科学”这个专业。脑科学在未来很长的时间内都会很活跃，绝对有前途。
