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学习和大脑:为什么学不会?为什么记不住? | 千熊对谈42

古代先哲唠唠叨叨,「人啊,你要认识你自己」(know thyself)。现在「认识自己」还不够了?还得认知大脑?

单单学习这一件事就已经够「反人性」了,现在除了要「严肃、耐心、永不妥协」地对待学习,还要认识和了解一个包在脑壳里、从没见过光、大部分人除了涮火锅时从来没见过的叫「大脑」的东西?不禁让人仰天长啸:why?

原因有3个,听我来给你讲一讲。

原因1:任何心理过程,同时也是生理过程。举个例子,人类当中有一半人喜欢看小姐姐,还有一半人喜欢看小哥哥,而这两批人都喜欢看五官精致且更对称的人。这个例子中,「喜欢」这个心理过程就是有其生理基础的。类似的,所有的精神疾病(发疯、痴呆、反社会人格等)甚至包括药物滥用、注意力不足等问题,都对应着大脑生理结构的病变或变化。

学习,作为最重要的人类认知活动,也是一个心理过程。了解学习时大脑的变化(生理过程),有利于真正理解学习,学会学习。下文中,我会结合小能熊学习闭环(学习的核心过程),来逐个分析学习不同阶段对应的大脑生理变化。

原因2:掌握脑「科学」,才可能不被各种大脑玄学、迷信和谣言攻陷。可以说,关于学习、记忆和智力等主题的迷思、迷信和错误观念如此之多,以至于把这些流行观点排成一排,全部枪毙有被冤枉的,隔一个枪毙一个有漏网的,而且是很多。

如何破除这些迷信和谣言?针对具体的迷思一个个破除?喊破嗓子都没有用,错误的观念就像神话里的九头蛇怪,砍掉了一个头,然后又冒出了三个。真正有效的、能真正改变统计学转移概率的方式就是改变系统内的关键要素:用清晰而准确的方式掌握和学习、大脑相关的基础的概念。

一旦掌握了基础概念,就有了判断力,再有人给你推销各种妖艳的「超级记忆术」,你就能头脑清晰、形成自己的判断。

原因3:学习、记忆、智力、认知、思维、大脑,和每个人、每个家庭越来越相关。而全球范围,以「大脑训练」「思维开发」为主题的韭菜田一直是绿油油的,而且有愈演愈烈的趋势(国外的体现是大脑训练类app越来越流行,lumosity有1亿用户,且大脑训练类产品收入呈现指数级增长,而国内则是知识付费、早教、思维开发等课程和书籍遍地开花,在微信里泛滥成灾)。掌握基本概念,有利于形成基本的判断力,少把自己的血汗钱交了智商税,把自己变成了韭菜。毕竟,所谓韭菜,本质上就是相信自己不了解、自己无法掌控的东西而已。

举个例子,我在给小树选择书本之外补充资料的时候,我发现了一个基本的真相:好东西要么是完全不要钱的(rivet、youtube、wikipedia、khan academy),要么是免费可以用但你可以选择付费以提升体验(Freemium模式,如duolingo),要么就是只要很少的钱但是可以带来很大价值(dr.suess app)。而用好这些材料(前提是家长负责任且有对应的学习能力),可以说效果要甩出巨额培训班几条街。从这个角度上,对于真正会学习、掌握学习科学的家庭,孩子从3岁开始每年能帮家庭省下近10万,还从根本上免去一辈子升学的困扰。对比之下,如果自己不了解、不懂、无法掌控,那就只能把学习和教育重金外包,被收割也在所难免了。

学习和大脑:哪怕是一点点的有效学习,都立刻改变了大脑。既然真的得了解和认识大脑,那么,当我们认识大脑时,我们要认识些什么?

一句话,就是要搞清楚:

当人在学习和记忆时,大脑是如何工作的?

Eric Kandel说,每一次,当我们掌握了一点点新的知识时,我们的大脑已经被立刻改变了,虽然是一丢丢,但是,大脑的生理结构已经发生了变化。

那么,我看书听课时,大脑中正在发生什么变化?怎么变化的?不同的变化之间,对应的学习效果有何差异?读完一本书之后什么都没有留下,很明显对应着大脑生理改造的失败。而卓有成效的学习和记忆,又带来了怎样的大脑结构改变?学习和记忆的成功和失败,分别对应着大脑中的什么变化?如何把这些原理应用到学习实践中?

大道理是这么说的,「学习改变命运」。但是从脑科学的角度讲,学习不会立刻改变命运,但是学习肯定会立刻改变大脑,而大脑的持久改变,肯定会最终改变命运。坚持用科学有效的方法坚持学习,会给大脑和人生带来光明和力量。而当下的互联网,正属于dark force最强大的时期,某些产品用户数亿,但是却堪称「大规模训狗现场」,用户的植物神经训练师,用户注意力资源收割机,大规模人体干电池生产线。面对dark force,掌握点基本概念,学一点严肃的知识,也是我们抗拒黑暗力量的一点基础。

学习闭环:对大脑不同部位的做工和刻意练习什么是学习?学习的本质是什么?

一句话,作为人类心智最神奇的能力,作为最重要的人类活动,学习就是大脑把外部世界的信息转化为自身知识的认知过程,学习效果的前提是走完从信息输入到实践输出的认知闭环。

从输入到输出,学习闭环的五个环节,对应着对大脑中不同部位的做工,每个环节都对应着一种认知能力的强化,都力求强化认知能力的一个关键要素。

1/5 输入:人类感官的信息输入,注意力机制,信息筛选能力;在信息输入环节,来自外部世界的各种信息,通过人的感官系统,通过神经元传导,进入人的大脑进行信息的下一步加工处理。

但是,感官输入的信息是海量的,很像我们信息爆炸的当下,我们需要通过人的注意力机制,对感官输入的海量信息进行筛选、过滤、提纯,然后,把我们的有限的注意力资源聚焦到筛选后信息的加工处理上,排除不相关信息的干扰,并且长时间维持这种注意力。

学习的输入环节有两个关键点,一方面是信息的筛选过滤,一方面是注意力机制的训练;

2/5 加工处理:前额叶皮质,工作记忆,信息编码能力;在信息加工处理环节,对应的大脑器官是前额叶皮质(prefrontal cortex),这也是储存工作记忆的大脑部位。工作记忆的空间容量极其有限,只能存储7+-2个单元,即使是爱因斯坦或者国际象棋大师也是如此,但是,他们和普通人的工作记忆表现却差异巨大,加工效率不同。为什么?

作为信息的加工区,工作记忆中的信息有两个来源:一部分是新信息,来自外部世界的筛选过滤后的信息输入,一部分是内部的知识,已经掌握的知识,来自大脑新皮层中长时记忆的检索和提取;高手和普通人之间的差异,不在于工作记忆的容量,而在于长时记忆的积累、掌握程度和相应的检索、提取效率。这就是为何读书少的人,不管用什么神奇方法,不管怎么训练大脑,都没法真正提高阅读能力。原因就是长时(nao)记忆(zi)里没东西,空荡荡。

学习和思考的过程,就是把这两种来源的信息一起放到你的工作记忆中,放在知识加工的「操作间」进行加工处理(编码)。所以,已经掌握的知识越多,越牢固,理解越深入,已有知识的提取和运用越顺畅,而工作记忆的加工效率也就越高。为什么说「所谓的思考,本质上是记忆」?原因就是这个。既然互联网上能立刻搜索找到任何信息,人为什么还要掌握知识?原因也在这里。

工作记忆很重要。例如,人与人之间智力/认知能力的差异是现实(而且差距在急剧扩大),全球选拔超常儿童(gifted and talented children)的测试中,以最权威最普及的WISC韦氏智力量表为典型,不论测试的是4或5个模块的认知能力,工作记忆至少都占一个模块。但是,braining training app是没用的,拼命刷某某培训机构的「思维训练」题也是没用的,这方面的研究有不少,有兴趣可以自己找来看。

3/5 知识体系:神经网络,知识的关联,构建体系的能力;在知识体系环节,核心是知识之间建立关联,新知联系已知,复杂联系简单,抽象联系具体。如果要把这个过程对应到大脑,那就是整个大脑的1000亿个神经元细胞构成的神经网络了。经过加工处理的一系列知识模块,包括概念、模型、原理、实例,都通过知识之间的关联形成了知识的网络或体系。例如,当我们针对一个主题进行主题学习时,我们关于此主题的全部积累,通过知识的关联,在xmind思维导图上画出一棵知识树,对这个主题形成系统、全面、而深入的理解。

但是,把知识树画在思维导图app里、存在电脑上是远远不够的。如果不能把知识树从电脑移植到人脑中,具体来说是人的长时记忆中,即使思维导图画的再漂亮,那也只是一时的自我感动、虚幻的获得感。例如,有人发现,读完一本书就画个导图,确实很有效,但几个月后不小心在电脑文件夹某个角落中发现了读书后梳理的导图,自己竟然什么也没记得,跟新的一样!这样的学习,功亏一篑,自然是可惜的,下一环节的知识内化的重要性可见一斑。

4/5 知识内化:长期记忆,新皮层,知识内化的能力;所谓「知识内化」,就是针对大脑中的长时记忆做工,是要把工作记忆中加工处理过的知识转化为长时记忆,通过海马体的作用把前额叶皮质中的短时记忆「搬运」到大脑新皮层中。

就好像学术研究不止要发表在学术期刊上,更要发表在祖国大地上,个人知识树也不要只画在思维导图上,更要把知识树真正画到长时记忆里。

长时记忆对应着神经元之间新连接的建立和巩固,需要基因表达,在神经元细胞中合成新的蛋白质,对应着神经元连接数量的增加。从这个角度讲,学霸的大脑和普通人的大脑确实不一样,虽然不是普通人以为的那种「不一样」。因为,二者的大脑重量、体积和形状都是一样的,都是3斤重,都是一样的结构,并没有某个部分特别大(即使爱因斯坦的大脑也和常人无异),甚至神经元细胞的数量都是一样的,都是同样的1000亿个神经元,但是,不一样的地方,是大脑中神经元之间的突触连接数量更多,处于激活状态的神经元突触数量更多,神经网络的工作效率更高。以Eric Kandel对动物的研究为例,学习行为让突触终端的数量翻了一倍(从1300个增加到2700个),活跃突触的比例也从 40%增加到60%。而停止学习后,突触数量又会下滑到初始水平。动物的神经突触梳理随学习变化,人类的学习难度不也是如此吗?

随着「脑科学」这个概念的传播,大脑训练类别的课程、工具也像野火一样流行起来,但科学研究表明,大脑训练类app或思维开发类课程,并不会让人更聪明。而且加拿大广播公司CBC的一位记者带着数十人一起做了近2个月的大脑训练,结果,前后的认知能力测试都没有显著差异。

为什么呢?因为工作记忆的训练只是活跃大脑,但无法让长时记忆里的知识增加一丢丢。但大部分的思考,本质上是记忆,是对长时记忆中已掌握知识的提取和运用。思考和学习的效率极大取决于长时记忆中的知识。如果积累的知识太少,「再聪明」、「脑子转的再快」,也是巧妇难为无米之炊。如果脑子里是空的,所有信息都要基于新获得的新材料新信息,那么,学习效率自然就会很低。这也是为什么科学家一致同意:长时记忆是学习、记忆和认知能力的最关键部分。

5/5 输出:基于大脑原理的学习,创造式学习,解释世界&解决问题;当我们谈到「输出」时,至少包含两种含义:1)是新学习到知识的运用,包括费曼输出,口头和书面输出,练习和测试等,这是基本款的输出;2)是更高层级的输出:解释世界、解决问题。

不论哪种输出,都是全脑工作,需要调动大脑的全部器官、需要感觉记忆、工作记忆、长期记忆全部开动。关于大脑流传最广的一个流言,就是「10%迷思」:人只使用了大脑的10%,另外的90%都没有用到。事实上,大脑每个部分都是活跃的,都参与了人的学习和认知活动。例如,人的语言功能等复杂功能,就是大脑各个分区的全部激活调用(补充一下,这个迷思传播甚广是有其原因的,虽然从科学角度讲,大脑每个部分都是活动的,100%的大脑部位都「用到了」,但如果从大脑潜力的开发角度讲,大部分人连1%都没用到。想一想,爱因斯坦、费曼和遍地的人体干电池之间的差距,恐怕是上万倍吧)。

如果把「学习」这个对每个人、每个家庭都有战略意义的活动构建在科学的基础上,建立在脑科学原理、学习科学的基础上,学习这件事就不会困扰到任何人。不但会学习、爱学习,更能实现更高标准的创造式学习,在终身学习中不断强化自己解释世界、解决问题的输出能力。

对谈42 ,谈一谈学习和记忆背后的脑科学在以上思考的基础上,第42次千熊对谈的主题就是和你探索「作为心理过程的学习和记忆」背后的生理过程,主要内容有3个部分:

Part 1、学习和记忆的神经基础

认识人的神经系统、脑和神经元细胞。人类心智是一个复杂系统,由1000亿个「简单到只能放电」的细胞构成,但人类大脑的创造力是来自这1000亿个细胞、来自大脑这个复杂系统的「涌现」(emergence)。什么叫涌现?单个蚂蚁智商接近于0,但是上万只蚂蚁组成的蚁群却能建造鬼斧神工的蚂蚁高塔,这就是复杂系统中「涌现」现象的典型案例。

对发生在你我身上的这个宇宙奇迹有一些基本认识,有利于培养自尊,让自己尊重自己,让自己活出样子,不当「干电池」,做个有追求的人。

Part 2、大脑分区和记忆分类

可以说,关于记忆99%的困扰,都是因为把「记忆」这两个字看成了一个「不可分割的整体」,而没有认识到:1)记忆是有不同类型的;2)不同类型的记忆,存储在大脑的不同部位;3)不同记忆的发生也对应着不同的生理过程,在学习中自然也对应着不同的学习科学原理。

掌握这些知识,就有了「知其所以然」的基础。学习时记不住知识?你能自己分析原因,解决问题。而且,在生活中遇到的所有和记忆有关的现象和困扰,在掌握了基础概念的你面前,这都不算个问题。

Part 3、记忆的生物学机制

从生物机制的角度看,记忆是怎么发生的?记忆的编码、巩固和提取,对应着大脑中什么生物学变化?

Eric Kandel用一生的探索为人类揭开了记忆的神秘面纱,在生理层面上解释了记忆的原理,也因此获得了诺贝尔奖。在细胞水平,他发现:短时记忆造成突触连接的功能性变化,而长时记忆造成突触连接的解剖学变化,后者需要合成新的蛋白质。而在生化水平,则发现了短时记忆的生成机制:从血清素到环腺苷酸到蛋白激酶A再到谷氨酸这么一条生化反应链, 最终是谷氨酸释放的增加造成了突触连接的功能性变化,也就是短时记忆。在基因水平,发现了长时记忆的生成机制:激酶移动到细胞核导致基因表达,进而造成新突触终端的生长和维持,也就是长时记忆的机制。

这三个层次,都是在解释「神经可塑性」这个概念。而神经可塑性的阴暗面,堪称目前最被滥用的科学原理,没有之一!想一想,如果不加克制,在各种app和互联网内容中随波逐流,不出几天,你就明显体会到自己专注力、情绪甚至智商有肉眼可见的变化。把这些朴实无华的大脑机制和原理,结合当下技术沦为资本的收割利器、信息互联网变成大规模脑残训练现场这个魔幻场景,或许你会有「细思极恐」的感受。

只有注入科学,才能挤出玄学所有心理过程,同时也是生物过程。是的,人类的精神竟然可以用神经元细胞、生化过程、基因表达等视角去分析和解释,带来对自己更进一步的理解,想想也是挺有意思的。

即使为「学习科学」布道的使命注定任重道远,即使学习、记忆、认知、大脑、心智等领域注定活跃并充斥着迷思和玄学,但是,只要坚持下面这个原则,总归是越来越好:

别讲那些玄而又玄、故意让别人越听越糊涂的东西。能用科学解释的,就别听玄学!能用人话说清楚的,就别甩大词。掌握一些清晰而基础的关键概念,掌握一些朴实无华的知识,这是点亮心智的基础。就像芒格说的,「我们靠的是记住浅显的,而不是掌握深奥的。我们从来不去试图成为非常聪明的人,而是持续地试图别变成蠢货,久而久之,我们这种人便能获得非常大的优势」。

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