通过失败、运动和平衡更快地学习
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Learn Faster Using Failures, Movement & Balance
Learn Faster Using Failures, Movement & Balance
Introduction
欢迎来到 Huberman Lab 播客,我们在这里讨论科学以及适用于日常生活的科学工具。我是 Andrew Huberman,斯坦福大学医学院神经生物学和眼科学教授。虽然本播客独立于我在斯坦福的教学和研究职务,但它是我努力为大众提供零成本科学信息及相关工具的一部分。
今天,我们将探讨如何改善你的神经系统。如你所知,神经系统不仅包括大脑和脊髓,还包括大脑和脊髓与身体器官之间的所有连接,以及器官反馈给中枢系统的信号。神经系统是我们所有行为、情感、认知、信仰以及生命体验的核心。幸运的是,人类与其它物种不同,我们可以通过采取一些特定且刻意的行动来改变自己的神经系统。
今天我们的重点将放在运动指令(motor commands)、动作以及平衡感上。事实证明,运动和平衡实际上是改变神经系统的“窗口”或“门户”,即便你的目标并非学习新动作或提高平衡能力,这些机制依然适用。
我们将深入探讨神经塑性(neuroplasticity)的基础科学。我会尽量避免使用过于晦涩的专业术语,确保内容清晰易懂。同时,我们将讨论科学文献中支持的、用于改变神经系统的协议和工具。这些工具不仅能帮助你学习新动作,还能让你改变对过去、现在和未来特定经历的感受,并提高学习速度。我们不会讨论我所厌恶的所谓“黑客技巧(hacks)”或“噱头(gimmicks)”,而是专注于机制和科学数据,以及基于这些机制的工具,以便你根据自己的特定需求和目标来定制学习实践。
让我们首先从检查神经系统的基本机制开始。
Nerves and Muscles
一个宏观的问题是:大脑是否控制行为?答案是肯定的。更准确地说,应该是大脑和神经系统控制着我们的行为,因为大脑只是神经系统的一个组成部分。
当我们谈论行为时,通常指的就是运动。在神经塑性的框架下,有两类神经元至关重要。首先是“下运动神经元”(lower motor neurons),它们位于脊髓中。对于医学专业人士或解剖学爱好者来说,它们具体位于脊髓的前角(ventral horn)。下运动神经元通过延伸出的轴突(axon)进入外周神经系统,即进入身体各处并与肌肉相连。它们传递电位,使肌肉产生抽动和收缩。
这里需要澄清一个事实:实际上并不存在所谓的“肌肉记忆”。肌肉本身是“盲目”的,它们没有历史,没有记忆,也不掌握任何信息。所有关于运动模式的信息,其实都存储在控制这些肌肉的神经元及其放电模式(firing patterns)中。因此,你行走的能力并非源于肌肉记忆,而是“神经记忆”(neural memory)。
下运动神经元虽然比肌肉“聪明”,但它们并不是最核心的运动神经元。它们通常只负责执行指令,而指令主要来自两个来源。其中之一是位于脑干(大约在颈部深处的大脑区域)的电路,被称为“中枢模式发生器”(Central Pattern Generators,简称 CPGs)。中枢模式发生器负责产生重复性的运动模式。例如,潜意识下的吸气和呼气就是由 CPGs 控制的。具体而言,这是由加州大学洛杉矶分校(UCLA)的杰克·费尔德曼(Jack Feldman)及其同事发现的“前包钦格复合体”(pre-Bötzinger neurons)控制的。脑干中的这些神经元通过膈神经(phrenic nerve)向膈肌发送信息,控制呼吸循环。虽然你可以有意识地改变呼吸频率,但通常情况下,控制呼吸的运动神经元只是在响应大脑的自动指令。
其他的 CPGs 还包括控制行走等活动的电路。我们通常在童年时期学会左右腿交替行走的模式,这些 CPGs 会向对应的下运动神经元下达“开火”指令,像发号施令的教官一样指挥它们在特定时间收缩肌肉。
除了 CPGs,另一个指令来源是“上运动神经元”(upper motor neurons)。它们位于大脑顶部的运动皮层(motor cortex)中,负责发送有关“刻意动作”的信号。上运动神经元将信号传递给作为执行器的下运动神经元,从而实现对肌肉的精准控制。例如,早晨冲咖啡或任何需要刻意进行的动作,都由上运动神经元发起。虽然冲咖啡这类动作在熟练后可能变得近乎反射性,这意味着部分运动信息已经从运动皮层转移到了脑干及以下的电路中,但在学习初期,它离不开上运动神经元的参与。
之所以详细介绍这些细节,是因为如果你想改变运动模式,就必须了解电路中哪些环节可以发生改变,以及哪些环节最容易发生改变。同时,你还需要知道如何向大脑和神经系统发出“需要改变”的信号。
总结来说,大脑通过上运动神经元、下运动神经元、中枢模式发生器以及与肌肉的连接来控制行为。了解这些基础知识后,我们的重点在于如何利用神经塑性。我们如何开启这种神奇的机制,从而改变我们的情感体验、信念系统,或者提高记忆和处理特定信息(如数学、语言等)的能力?需要明确的是,仅仅通过跑步、骑行或重复简单的运动模式并不足以开启神经塑性,其背后的机制要复杂得多。
Exercise alone won’t change your brain
尽管运动对身体大有裨益,但遗憾的是,除非你采取某些特定的行动,否则运动本身并不会开启神经可塑性。今天,我将准确地告诉你这些特定的行动究竟是什么。
为了明确起见,我认为运动是非常出色且健康的,它能够改善心血管功能,维持肌肉力量和骨密度,具备诸多益处。然而,仅仅是进行健身或各种形式的常规锻炼,并不会改变你的神经系统。运动可以维持神经系统的现状,也确实能提升其他的健康指标,但它并不会主动开启神经可塑性的窗口。
我们需要探讨的核心问题是:行为能否改变大脑?我们已经公认大脑可以驱动并改变行为,但行为本身是否具备改变大脑的能力?答案是肯定的,但前提是该行为必须在特定的方式上,与你已经熟练掌握的行为存在足够显著的差异。让我重复一遍:行为能否改变大脑?
Behavior will change your brain
答案是肯定的,前提是该行为与你已经熟练掌握的行为模式有足够大的差异。这里我应该补充“熟练”二字,因为你显然无法执行一个你完全不会的行为,毕竟你尚未习得它。然而,在开启神经可塑性(Neuroplasticity)的过程中,存在一个关键要素。坦率地说,在目前关于神经可塑性的普适性讨论中,我并没有看到这个要素被提及。在关于神经可塑性和学习的常规讨论中,我听到了各种关于使用……
Remembering the wrong things
关于记忆,市面上流传着许多不同的方法,比如通过首字母排列或各种助记法(mnemonics)来记住大量人名。坦率地说,这些方法在我看来更像是一种噱头。如果我们观察那些“超级学习者”,他们往往拥有一套极端的记忆流程。然而,科学文献告诉我们,那些拥有极端记忆力的人,在处理其他事务时的表现通常非常糟糕。
事实上,大多数人并不真的想具备记住所有事情的能力。一些针对“过度记忆者”的有趣研究显示,这类人承受着巨大的痛苦,因为他们会记住各种琐碎的信息,比如十年前在杂货店购买可乐时收据顶端的编号。对于绝大多数人而言,这类信息毫无用处,而这些过度记忆者在现实生活中的表现也并不理想。
因此,我们的目标并非记住一切,而是要有选择性地引导大脑发生改变。在讨论大脑变化时,我特别想强调“适应性改变”(adaptive changes)。虽然在未来的节目中,我们会讨论关于创伤性脑损伤、失智症,以及神经系统受损或神经元缺失时所发生的各种情况,但今天我更想探讨一个大家非常关心的话题:我们可以通过哪些行为来开启神经可塑性(neuroplasticity),从而将这种可塑性应用到你想要学习或“去学习”(unlearn)的具体事物上。这一点至关重要,因为我不希望人们……
Behavior as the gate to plasticity
谈到这里,大家可能会产生一种印象,认为我们仅仅在讨论如何学习一系列肢体动作。无论你是否是一名运动员,或者是否对学习舞蹈感兴趣,这些原理都同样适用。你可能希望在提高记忆力的同时学习新的语言,亦或是想要“卸载”某些艰难的情感经历——即从一段特定的记忆中剥离其沉重的情感负荷。我们今天探讨的核心议题是:如何将行为作为开启可塑性的“大门”,引导身心进入能够触发神经变化的特定状态。接下来,我们将详细讨论我们可以利用的各种可塑性类型,因为这些分类将直接指引我们应当采取哪些具体的实践方案,从而实现更好的自我提升。
Types of Plasticity
在所谓的适应性可塑性(adaptive plasticity)中,存在一种被称为表征可塑性(representational plasticity)的概念。表征可塑性本质上是你对外部世界的内部表征。信不信由你,你的大脑中存在着一张听觉空间图,这意味着当你的右侧发生某些事情时——比如我在右侧打响指——会有特定的神经元做出反应。有趣的是,我左手打响指的能力不如右手,这本身也是一个现象,但关键在于,当我在不同位置打响指时,会有不同的神经元被激活。
同样地,我们拥有视觉空间图,特定的神经元只负责监测视觉空间中的特定区域。我们还拥有运动空间图,这意味着当我们向特定方向移动肢体时,即使在看不见肢体的情况下,我们也清楚它们所处的位置。这是因为我们拥有所谓的本体感觉反馈(proprioceptive feedback),使我们能够感知肢体的状态。事实上,那些缺乏特定本体感觉反馈神经元的人,在控制运动行为方面表现得非常糟糕,他们经常受伤,处境十分艰难。
因此,我们的大脑内部拥有所有这些表征,以及关于运动指令的地图。例如,如果我想伸手去抓面前的一支笔,大脑知道需要产生多少力量,因此我很少会伸手过头,也很少会抓空。我们的运动世界地图与感觉世界地图是融合在一起的。
而触发神经可塑性的关键方式,是在我们执行任务的过程中制造“不匹配”(mismatches)或“错误”(errors)。我认为这是神经可塑性中一个惊人且重要、却被严重忽视的特性:创造可塑性的方法,是向大脑发送信号,告知某些事情出错了。
Errors Not Flow Trigger Plasticity
当事情的发展与预期不符,或者目标未能达成时,这实际上会彻底重塑大多数人对神经可塑性(Neuroplasticity)的认知。通常,人们认为可塑性意味着进入某种理想的学习状态或“心流”(Flow),然后突然间就能掌握所有技能。然而,事实并非如此:心流实际上是我们已知技能的表达,它并不是一种学习状态。我愿意与任何持有不同意见的“心流追随者”进行辩论。心流本质上是神经系统已具备能力的体现,而错误以及与预期目标不符的行为,才是神经系统通过特定生物机制接收到的信号,告知系统“出了问题”。
正是这种“出问题”的状态,促使大脑部署特定的神经化学物质,向神经回路发出必须改变的信号。实验研究支持这一观点:反复犯错正是塑造神经系统、使其表现越来越好的必经之路。需要明确区分的是,在健身房训练到肌肉力竭(Failure)并不等同于神经可塑性。虽然有人认为推向生理极限、无法继续运作就是信号,但那其实是一种截然不同的神经肌肉现象,与触发神经可塑性所需的机制完全不同。
犯错之所以能触发化学物质的释放,不仅能让我们在运动层面学习钢琴、舞蹈等技能,还能在大脑中创造一种环境(Milieu),使我们能够学习如何将特定情绪与经验耦合或解耦,甚至促进语言和数学的学习。这是人类生理构造中一个非常基础且逻辑严密的环节。一旦你了解了如何开启这些“舱门”,这一过程就会变得非常清晰。
回顾神经可塑性的基本原理:并非我们的所有经历都会改变大脑。只有当特定的神经化学物质——即乙酰胆碱(Acetylcholine)、肾上腺素(Epinephrine)和多巴胺(Dopamine)——在特定时间以特定方式释放,从而标记出需要改变的神经回路时,大脑才会发生改变。而真正的物理改变发生在随后的睡眠过程中。简而言之,你需要大脑中释放特定的化学“鸡尾酒”,才能让特定的行为重塑大脑的运作方式。
那么,是什么促使了这些神经化学物质的释放?除了之前讨论过的“专注力”之外,今天的核心在于“犯错”。犯错是告诉大脑“是时候改变了”或者更广泛地说“是时候关注这些事物以便做出改变”的信号。这种机制不仅适用于运动和前庭系统(平衡)的程序学习,它还为大脑设定了一个阶段或状态,让我们能够在此基础上高效地学习其他任何事物。
Mechanisms of Plasticity
正如我在前一集所提到的,从出生到大约25岁,大脑具有极强的可塑性。在这一阶段,仅仅依靠被动经验就能塑造大脑,这归功于大脑内部化学物质的流动方式、神经元的排列方式以及各种生理构造。大脑的核心任务便是根据其所经历的体验来进行自我定制。
然而,在大约25岁左右,这种高度的可塑性并不会在26岁生日后的第一天就戛然而止,而是一个逐渐减弱的过程。因此,作为成年人,若想触发神经可塑性,则需要采用与青少年时期不同的机制。
虽然我们今天主要讨论的是成年人的可塑性,但我收到了很多关于“如果我不到25岁该怎么办”的问题。首先,年轻确实具有巨大的优势,甚至让我希望能拥有一台时光机。正如我之前所言,这里存在一个令人无奈的悖论:当你年轻时,大脑极具可塑性,但你对自身经历的控制权却相对较少;而当你年长时,通常情况下……
What to learn when you are young
随着年龄的增长,你对自身经历的掌控力会逐渐增强,但大脑的神经塑性(plasticity)却会随之下降。因此,如果你是一名 15 岁或 20 岁的年轻人,并且已经在思考“我现在能做些什么来真正增强我的大脑?”那么一个简单的建议是:尽可能接受最广泛的教育。这意味着要涉猎数学、化学、物理、文学和音乐,例如学习演奏一种乐器——我之所以这样建议,也是因为我希望自己当年能做到这些。
你应该在多个领域接受广泛的训练,并从中找到真正能激发你激情和兴奋点的事物,然后在那方面投入大量的额外精力。这就是我的建议,其中也包括情感发展,这或许是未来节目的一个主题。
无论你是成年人还是年轻人,了解如何利用这些神经塑性机制都是非常强大的工具。为了实现改变,你的神经系统需要部署特定的化学物质,以便标记出那些在随后的时间内恰好处于放电(firing)状态的神经细胞。人们往往痴迷于询问:“什么样的补充剂、药物、环境或机器可以实现这一点?”但实际上,存在一套自然的条件可以触发这种机制。当我们来到这个世界时,我们便学会了整合各种不同的经验地图,包括我们的运动地图、听觉地图和视觉地图。
Alignment of your brain maps: neuron sandwiches
为了将不同的脑部地图联系起来,我们需要对这些地图进行对齐。
最简单的例子正如我之前提到的:如果我听到右侧有声音(比如打响指的声音),无论声音是来自我自己的手指,还是由我右侧的其他人和物体发出的,我都会向右看。如果声音在左边,我就向左看;如果声音在正前方,我就保持直视;如果声音在后方,我则会转身。这是因为我们的视觉空间地图、听觉空间地图以及运动空间地图是完全对齐并精确重合(in perfect register)的。
这是神经系统的一个惊人特征,它发生在一个名为“上丘”(superior colliculus)的结构中。上丘具有分层结构,神经元像三明治一样字面上堆叠在一起。在这些层级中,空间点是精确对齐的。例如,无论是正前方,还是向右或向左偏移 10 到 15 度的位置,其对应的神经元都是对齐的。这意味着,负责处理右侧 15 度声音的听觉神经元,恰好位于视觉系统中负责观察右侧 15 度位置的神经元的正下方。当我向那个方向伸手时,会有一条信号向下穿过这些层级,指示右侧 15 度是观察的方向、倾听的方向,也是在需要移动时的行动方向。
这种对齐机制非常强大,它使我们能够以极其流畅的方式在空间中移动并在生活中发挥功能。虽然这种机制是在发育过程中建立的,但一些重要的实验揭示了这些地图具有可塑性,这意味着它们可以发生偏移,并受到神经可塑性的调节。
此外,存在特定的规则允许我们去改变这些地图。这里有一个关键实验,由我的同事埃里克·克努森(Eric Knudsen)完成。他目前已经退休,但他的工作在神经可塑性领域具有绝对的奠基性意义。克努森实验室及其众多学术后辈的研究表明,如果一个人佩戴了会偏移视野的棱镜眼镜(prism glasses)……
Wearing Prisms On Your Face
研究表明,听觉-运动图谱(auditory motor maps)的表征最终也会发生偏移。研究人员最初对年轻受试者进行了观察,通过让他们佩戴棱镜眼镜(prism glasses)来移动他们所见的视觉世界。举例来说,如果一支笔放在我正前方偏离中心 5 度的位置(即稍微偏右一点),但在佩戴棱镜眼镜后,我看到的笔会位于身体右侧极远的地方。也就是说,笔的实际物理位置在这里,但我看到的却在那边,因为棱镜改变了视觉路径。
在实验的第一天左右,当你要求受试者(无论是人类还是动物)去抓取这个物体时,他们会抓错地方,因为他们是朝着视觉呈现的虚假位置伸手。当引入声音时,情况会变得更加复杂。例如,一个物体在你的右侧发出声音,但该物体的实际位置就在你面前。由于佩戴了棱镜,你会在一个位置听到声音,却在另一个位置看到物体,这导致你对世界的认知图像完全扭曲了。
在其他研究团队进行的实验中,受试者甚至佩戴了能完全颠倒视觉世界的眼镜,使一切看起来都是倒置的。这是表征图谱翻转或偏移的一个极端例子。然而研究发现,年轻个体在短短一两天内就能开始以正确的方式调整其运动行为,从而始终能触及到正确的位置。尽管他们在一个位置听到声音,却在另一个位置看到发声物体,但他们不知为何能够调整运动行为,精准地抓取到目标。这种能力绝对令人惊叹。
在视觉倒置的案例中,受试者最终也能够在这个颠倒的世界中导航。尽管我们完全习惯了脚踩地板而非天花板,习惯了人们不会像蝙蝠一样挂在天花板上走动,但他们依然适应了。这告诉我们,这些彼此对齐的图谱是可以移动、偏移、旋转甚至翻转的。
这种调整在年轻个体身上表现得最为出色。如果你在年长个体身上进行同样的实验,在大多数情况下,图谱的偏移需要极长的时间,有时甚至永远不会发生。虽然这是一种极端的实验场景,但它对于理解神经科学至关重要,因为它证实了我们拥有对外部世界表征产生剧烈转变的能力。
那么,成年人如何才能获得类似于青少年时期的神经可塑性(plasticity)呢?Knudsen 实验室及其他研究机构对此进行了深入研究。首先,我们需要探究什么是触发可塑性的信号。仅仅是佩戴棱镜眼镜吗?实验已经排除了这一可能性。是因为视觉目标看起来偏向右侧远端这一事实吗?
The KEY Trigger Plasticity
产生神经塑性的信号实际上是“犯错”。正是不断的尝试与失败向神经系统发出信号,表明当前的模式行不通,从而促使转变开始发生。这在本质上至关重要,因为大多数人认为练习时需要保持所谓的“初心”(beginner’s mind)。这确实是一个很好的概念,意味着在接触事物时预见到自己会犯错。
然而,人们在学习钢琴曲、编写代码或尝试某种运动行为时,往往会因为无法掌握而感到沮丧。这种挫败感常令人抓狂,但他们没有意识到,错误本身就在向大脑和神经系统发送信号:“有些地方不对劲。”当然,大脑并不理解“有些地方不对劲”这种语言描述,甚至不理解作为情绪状态的“挫败感”。大脑真正理解的是随之释放的神经化学物质。
具体而言,这些物质包括肾上腺素(epinephrine)和乙酰胆碱(acetylcholine);此外,当我们开始稍微接近正确行为、取得一点点进展时,多巴胺(dopamine)也会参与进来。当我们犯错时,神经系统会以一种机械且受控的方式释放神经递质和神经调节物质,提示“我们最好改变电路中的某些部分”。因此,错误是神经塑性和学习的基础。
我希望这个观点能得到更广泛的普及。人类天生不喜欢挫败感和犯错的感觉,但少数能够接纳这种感觉的人,往往能在其从事的任何领域中表现卓越;而那些无法忍受错误的人,通常表现不佳,也学不到太多东西。
试想一下,如果不是因为恐惧、糟糕的感受或表现中的错误信号,神经系统为什么要发生改变?事实证明,这些错误的反馈——例如手伸向了错误的位置——会触发一系列物质的释放。肾上腺素会提高警觉度,而乙酰胆碱则负责提高专注力。这就是为什么因挫败而选择放弃并退出是极其错误的选择。因为当乙酰胆碱释放时,它创造了一个关注“误差幅度”(即你正在做的与你想要达到的目标之间的差距)的机会。
随后,神经系统会几乎立即开始尝试修正行为。当你开始哪怕只是做对了一点点,第三种分子——多巴胺——就会被释放,从而使塑性改变能够非常迅速地发生。这一切在年轻的大脑中发生得非常自然,但在年长的大脑中,这一过程往往会相当缓慢。
Frustration Is the Feeling to Follow (Further into Learning)
在探讨神经可塑性时,除了两种特定的情况外,我们需要明确一点:如果你对犯错感到不安,且容易产生挫败感,那么你如何处理这种情绪将决定学习的效果。如果你能利用这种挫败感,将其转化为进一步深入钻研的动力,你实际上是在为一套极佳的神经可塑性机制的启动奠定基础。
相反,如果你任由挫败感蔓延并选择放弃,你本质上是在引导神经可塑性根据放弃后的状态进行重新布线,而这种状态通常会让你感到相当沮丧。因此,我们现在可以开始理解,为什么在学习过程中持续钻研直至产生挫败感,并在此基础上再坚持一小段时间(稍后我会准确定义“一小段时间”的具体含义),对于成年人的学习过程而言是至关重要的。
Incremental Learning
关于儿童学习,尤其是成年人学习的研究中,Knudsen 实验室开展了两组至关重要的实验。第一项研究发表在《自然》(Nature)杂志上,该研究表明,青少年能够对其大脑中的“地图表征”(map representations)进行大规模的调整。这意味着,通过使用视觉棱镜(visual prisms),你可以大幅度且迅速地改变他们的视觉世界。年轻个体能够快速调整他们对世界的表征,从而学会伸手触及正确的物理位置。他们在短短几天内就能获得极高的神经塑性。
相比之下,成年人的这种调整过程往往非常缓慢,大多数人实际上从未能完成完整的地图偏移,即无法获得那种程度的塑性。虽然实验中讨论的是地图偏移,但这可以类推到学习新语言或任何我们尝试掌握的新技能。这印证了之前的观点:我们在青少年时期学习效果极佳,但在 25 岁成年之后,学习效率会大幅下降。
然而,Knudsen 实验室随后改变了实验策略,开始缩小变化的增量。他们不再通过棱镜一次性大幅度偏移视觉世界,而是采取循序渐进的方式。起初,他们安装的棱镜只产生微小的偏移——如果我没记错的话,大约只有 7 度;接着增加到 14 度,然后是 28 度。研究发现,成年人的神经系统虽然一次只能耐受较小的误差,但通过随着时间的推移不断累积这些小误差,最终可以实现大量的塑性。
简而言之,对于成年人而言,增量学习(incremental learning)是绝对必要的。你无法在对外部世界的表征上实现跨越式的大规模转变。那么,如何制造小误差而非大误差呢?关键在于针对较小的信息片段,进行短时间且高度专注的学习。成年人试图在单次学习过程中掌握大量信息是一个错误。Knudsen 实验室的研究以及后续的相关研究都表明,成年人的神经系统完全有能力通过这种增量方式触发深度的神经塑性。
Huberman Free Throws
在成年人的学习过程中,我们需要在每个“学习周期”(learning epoch)或“学习片段”(learning episode)中以更小的增量来进行练习。
以练习篮球罚球为例。假设我现年45岁,早已超过了25岁以下这一神经可塑性的黄金期。在练习过程中,我必然会犯错,而且是大量的错误。如果我能预先认知到“错误是通往可塑性的大门”,心态就会轻松一些。尽管我对篮球知之甚少,只知道它涉及篮网、篮板和球,但我仍需瞄准篮筐进行投射。
那么,练习应该持续多久?答案是直到你达到产生挫败感的临界点。在此之后,继续进行10到100次尝试应当是上限。如果你想要改善运动行为的某个特定方面,这就是合理的界限。
接下来的问题是:我应该把注意力集中在哪里?显然,目标是把球投进篮筐。但运动学习的精妙之处在于,听觉、视觉和运动神经回路在很大程度上会实现“自我教学”。我并不一定需要刻意关注手指与球接触的精确瞬间,或者是否弯曲膝盖等细枝末节。关键在于尝试多种不同的参数,直到动作开始接近预期的行为,然后努力将其固定下来并保持一致。
许多从事体育教学的人可能会认为这只是显而易见的“增量学习”,但其核心机制在于那些“错误”。通过分离错误并在运动动作的特定环节中产生多次错误,大脑会接收到开启可塑性的信号。当我结束这段罚球练习时,我的大脑依然处于可塑状态。神经可塑性是脑和神经系统的一种整体状态,它并不仅仅局限于我正在尝试学习的那个特定项目。
因此,神经可塑性涉及两个层面:一是针对你正在学习的特定事物的塑性;二是允许我们进入可塑性渠道的身心状态。虽然罚球只是一个例子,但理解运动行为是进入可塑状态最直接的方式这一点至关重要。这既可以是为了学习动作本身,也可以是为了更广泛地进入可塑性状态。
对于成年人获取可塑性而言,一个非常重要的方面不仅是采用更小的增量,还包括缩短练习的时长。一次性完成10,000次罚球,或者试图在一个片段中塞进过多的内容,其效率远不如短促且高强度的成年人学习片段。这是因为在过度冗长的练习中,错误信号的定义会变得不再清晰。
Failure Specificity Triggers Specific Plastic Changes
如果不能向神经系统明确反馈,它就无法得知哪些部分需要做出改变。这正是增量学习(incremental learning)的核心要素:你必须向神经系统发出信号,指明至少一个需要调整的组件。神经系统需要明确感知到“错误”的存在。
以投篮练习为例,实际操作中可能会出现各种各样的错误,比如膝盖弯曲的角度、球的运行弧线、肩膀的组织协调,甚至是眼神的落点。面对如此多的变量,我们应该关注哪一个?运动系统的精妙之处在于,你并不需要担心所有这些细节。你只需要进行足够次数的重复练习,神经系统就会在之前提到的“神经图谱”层面上,自动计算运动指令与预期目标(将球投进篮筐)之间的偏差,并据此开始进行调整。
然而,在神经系统代为做出调整的过程中,关键的一点是不要引入各种各样的新错误,否则系统会陷入混乱。这就是为什么短时间的学习环节(learning bouts)至关重要。例如,成年人在学习乐器时,只要能保持高度的专注,通常 7 到 30 分钟的练习就足以产生显著的刺激,从而激发神经系统的塑性(plasticity)。此外,还有一种方法可以让成年人在短时间内获得大量的神经塑性。
Triggering Rapid, Massive Plasticity Made Possible
在神经科学领域,像年轻人一样在成年期获得大规模的神经塑造性(plasticity),一直被视为某种“圣杯”式的追求。Knudsen 实验室通过在学习过程中设置极其严苛的触发条件(contingency),揭示了实现这一目标的可能性。
在该实验中,研究人员设定了一个场景,要求受试者寻找在视觉世界中位置发生偏移的食物。这种偏移是通过让受试者佩戴棱镜(prisms)实现的。为了辅助定位,研究人员在食物所在位置通过扬声器阵列设置了同步的音频信号。最初的研究发现,如果成年人只是为了获取食物而调整其视觉世界,神经塑造的过程会发生得非常缓慢。
然而,当实验条件转变为受试者必须通过“狩猎”这些食物才能进食时,情况发生了惊人的变化。在这种为了生存而必须产生塑造性的压力下,研究人员观察到,成年人的神经塑造性可以变得像年轻人或幼年动物一样剧烈且强健,前提是必须存在一个极其强烈的诱因(incentive)。
理解这一点至关重要:我们对某种神经塑造性的需求或渴望程度,直接决定了这种塑造性到来的速度。这听起来不可思议,因为大脑本质上只是神经元和化学物质的组合,但这意味着事物的“重要性”实际上控制(gates)了神经塑造性的速率和幅度。
这也是为什么仅仅是被动地完成任务、机械地重复动作,或者所谓的“刷次数”,并不足以让神经系统发生实质性的改变。这项发表在《神经科学杂志》(Journal of Neuroscience)上的精妙研究表明,如果我们必须通过完成某件事来换取食物或维持生计,我们的神经系统就会以极快的速度进行重塑。
因此,神经系统具备在生命的任何阶段、以惊人的速度和幅度发生改变的能力,只要这种改变的需求足够迫切。或许有人会认为这是显而易见的常识——如果某件事至关重要,改变自然会更快。但生理机制上并不一定非要如此设计,而事实证明它确实如此。对于大多数试图提高学习速度或效果的人来说,他们之所以遇到瓶颈,往往是因为改变的需求还不够关键。这一原理在许多领域都具有重要的现实意义,例如在那些与成瘾行为作斗争的人群中,尽管成瘾具有明确的生物学成分,但这种迫切性依然是驱动改变的核心力量。
Addiction
在成瘾的情况下,人们往往在改变行为方面面临巨大的挑战。在某些案例中,由于长期滥用某种物质或沉溺于某种行为,个体的神经系统会遭到严重干扰,这使得他们改变现状的难度大幅增加。然而,我们也见证了许多令人惊叹的范例:当人们从内在立场出发,基于自身的信念和改变的渴望时,这种巨大的转变是完全可以实现的。
埃里克·克努森(Eric Knudsen)的研究表明,增量式学习(incremental learning)能够在成年期诱发极高程度的神经可塑性。此外,当“关联性”(contingency)极高时——即当我们为了生存必须觅食、为了生计必须赚取收入,或从事对我们至关重要的活动时——神经可塑性会以巨大的跨越式发生,其程度与青少年和成年早期所表现出的可塑性不相上下。
这指向了一个事实:这种机制必然建立在特定的神经化学系统之上。这并非通过在大脑中植入电线或服用某种特定药物来实现,我们即将讨论的所有化学物质,都储存在每个人大脑自带的“化学仓库”中。因此,核心问题在于如何开启并利用这些储备。
接下来,我们将探讨哪些特定行为能够释放特定类别的化学物质,从而让我们充分利用增量式学习,并为可塑性创造条件。这种条件能够模拟高关联性状态(例如对食物的需求),或创造一种内在的紧迫感,即化学层面的紧迫感。
如果你听过本播客之前的节目,可能听我提到过“超日节律”(ultradian rhythms)。这是将 24 小时的一天分割开来的 90 分钟周期,它们不仅存在于清醒时段,也帮助我们将睡眠划分为不同的周期,例如快速眼动睡眠(REM sleep)和非快速眼动睡眠(non-REM sleep)。
An Example of Ultradian-Incremental Learning
超日节律周期(Ultradian cycles)以约 90 分钟为一个阶段划分我们的日常生活,使我们能够在这些周期内达到最佳的学习效果。或许有人会产生疑问:既然超日节律是 90 分钟,为何之前又提到了 7 分钟、12 分钟或 30 分钟的学习周期?事实上,我们今天要探讨的核心是如何通过完成任务,或者通过重复尝试并不断犯错,来开启神经可塑性(Plasticity)。
为了将这一过程放入超日节律的框架中,我们可以设想一个学习法语口语的例子。假设你并不懂法语,当你坐下来准备学习一些名词、动词并进行练习时,超日节律的规律显示:在开始的前 5 到 10 分钟里,你的思绪会游离;但只要你将视觉范围限制在眼前的学习材料上,你的专注力通常会在 10 到 15 分钟左右开始介入。随后,你将进入大约一小时的“隧道视野”式深度学习状态。而在这一小时 10 分钟或一小时 20 分钟的周期接近尾声时,你的大脑会开始出现“闪烁”不定的状态,你可能会分心想到食物或生理需求。到了 90 分钟时,就该停止学习去处理其他事情了,你可以晚些时候再进行第二次学习,或者通过小睡来增强学习效果。
在这个约 90 分钟的大周期内,我所指的 7 分钟、12 分钟或 30 分钟的“犯错期”,是指当你处于一种不断重复错误的模式时——这并非刻意为之,而是你竭尽全力想要完成某事却不断失败的状态。例如,我最近在尝试自学手语字母表,在某个阶段我会不断地犯错。这种持续 7 到 30 分钟的犯错过程会带来极度的挫败感,但正是这种挫败感释放了化学信号,提示神经系统需要发生可塑性改变,并标记出那些正在活动的特定神经元。
以手语为例,这些信号会标记控制手部动作的神经元以及思考字母的神经元。它在脑体网络中识别不同的组件,并试图查明错误的来源。当大脑意识到是哪些神经元在制造错误时,它会本质上“高亮”显示这些路径以待改变。事实证明,当我们在一两天后,经过小睡或一两晚的深度休息再次回到学习状态时,我们会发现自己能够记住某些内容,运动通路也开始正常工作。虽然不一定能做到完美,但相比之前的错误连连,我们会掌握得更准确。
这种嵌入在超日节律中的 7 到 30 分钟高强度学习期非常艰苦。虽然像练习篮球罚球这样的活动可以进行一整天,但这种旨在通过“犯错”来加速可塑性的训练,大多数人每天只能承受一到三次。我必须强调,这并不是某种简单的技巧或捷径,而是通过触发化学信号来告知神经系统必须做出改变,否则改变将无从发生。此外,学习还有另一个维度:当极其糟糕的事情发生时,我们往往能轻而易举地记住。虽然我不希望任何人遭遇不幸,但事实确实如此,如果发生了非常可怕的事情……
Bad Events
对于负面事件,我们往往会拥有一生的记忆。虽然存在一些机制可以让我们将这类事件的情感负荷与其记忆本身解耦(我在之前的关于梦境、创伤和幻觉的节目中讨论过,未来也会再次探讨创伤释放、创伤后应激障碍 PTSD 等主题),但负面经历之所以能如此迅速地植入我们的神经系统,是因为神经系统的首要任务是确保我们的安全。从更深层次来看,这是因为负面经历向我们提示,当前发生的糟糕状况与以往的常规经历截然不同。
大多数日常经历并不会重新映射我们的神经通路,但负面经历会引发高水平的去甲肾上腺素(norepinephrine)和乙酰胆碱(acetylcholine)的释放。这使得我们在糟糕事件中所经历的一切都被本质上“标记”并排队待命,让我们保持高度警惕。尽管这在心理和情感上会产生诸多负面影响,但其过程设计初衷确实是为了保护我们的安全。
除了通过犯错来加速学习外,另一种能让我们更快学习的方式是“惊喜”或“意外”。如果我们被某件事正向地惊艳到,或者大脑中充斥着多巴胺(dopamine)这种分子,那么神经塑性就会迎来绝佳的机会。多巴胺通常被认为与快感和特定目标的达成相关联,但它本质上也是一种关于动力的分子。当我们认为自己正走在正确的道路上时,体内就会释放多巴胺。它具有增强神经塑性和提升动力等能力。多巴胺会响应一系列有助于人类及其他物种延续的自然行为而释放,例如进食、性行为,以及在某种程度上的社交联系——尽管社交更多地与血清素(serotonin)相关,而血清素对神经塑性的影响与多巴胺并不完全相同。总之,多巴胺的释放意味着我们认为自己正朝着某个外部目标迈进。
Surprise!
当少量神经递质被释放时,它往往会赋予我们更多朝着既定目标前进的动力。我相信,每个人都能够通过这种机制来进一步提升自身的学习速率。
Making Dopamine Work For You (Not The Other Way Around)
要让多巴胺为你所用,你可以通过以下方式实现:学会以主观的方式,将多巴胺的释放与“犯错”这一过程联系起来。这实际上是将两种神经可塑性(plasticity)模式结合在一起,从而产生能够加速可塑性的协同效应。
早些时候,我谈到了在学习过程中犯错以及保持专注的重要性,这种学习模式必然包含大量的错误。虽然这个过程会令人感到沮丧,但挫败感本身就是一个关键信号。在这种情况下,体内的肾上腺素(epinephrine)水平会非常高。此时,如果你能主观地将这种体验与积极的情绪联系起来,告诉自己你希望沿着这条路径继续探索,而不是在遇到挫折时选择放弃,那么你就在主观的积极评价(以及由此引发的多巴胺释放)与“经历失败”的情境之间建立了一种协同关系。
换句话说,只要我们参与到一系列特定的行为中,并在反复经历失败的同时,告诉自己这些失败对学习是有益的、对自己是有好处的,就能对神经可塑性的速率产生巨大的影响。它会显著加速可塑性的进程。
现在,有些人可能会问——这也是我经常被问到的一个问题:“我该如何触发多巴胺的释放?我真的能仅仅通过告诉自己某件事是好的,就让多巴胺释放吗?”
HOW to release dopamine
关于如何释放多巴胺,一个令人惊讶的事实是,即便在情况糟糕时,我们依然可以引导其释放。多巴胺具有高度的主观性:对一个人来说有趣的事物,对另一个人则未必。因此,这种释放必须对你个人而言具有某种真实感。如果你真心渴望学习某项技能或知识,这本身就足以成为说服自己的理由。你可以告诉自己:“虽然我现在感到沮丧,但这种挫败感正是加速学习的源泉。”
多巴胺是一种不可思议的分子。一方面,它的释放遵循我们体内预设的生理硬连线机制,例如对食物、性、寒冷时的温暖或酷热时的清凉所产生的反应。在这些情境下,它充当了一种通用的愉悦分子。但另一方面,多巴胺的释放也受到高度的主观影响。虽然每个人都会对上述基础行为和活动产生多巴胺反应,但多巴胺也会根据我们主观上认为“什么对自身有益”而释放,这正是它的强大之处。
在《贪婪的多巴胺》(The Molecule of More)这本书中,作者深入探讨了多巴胺不仅是与奖励相关的分子,更是与动力(motivation)和追求(pursuit)密切相关的分子,并揭示了多巴胺在主观控制下的灵活性。
因此,在学习过程中,你应该允许自己犯大量的错误,并告诉自己这些错误对于实现整体学习目标至关重要且大有裨益。要学会将多巴胺的释放与犯错的过程联系起来,即当你开始犯错时,引导大脑释放多巴胺。此外,如果你是成年人,建议保持相对较短的学习周期,而年轻人则可能能够参与更长时间的学习过程。
(Mental) Performance Enhancing Drugs
儿童之所以能比成年人学得快得多,其中一个核心原因在于他们能够进行更多轮次(bouts)的学习。与成年人相比,他们的大脑和神经系统能够塞进海量的信息。
这在某种程度上可以类比于性能增强药物(Performance-enhancing drugs)的作用。虽然其中一些药物确实能通过增加红细胞计数等方式直接提升生理表现,但这类药物很大一部分作用机制在于加速运动员的恢复过程,使他们能够进行更频繁、更高强度的训练。本质上,它们是让运动员有能力承担更多的工作量。
处于童年时期,就如同置身于一个天然的“性能增强型”大脑内环境(milieu)中。孩子的大脑浸润在天然、健康的神经化学物质中,只要他们愿意投入其中,这些物质就能支撑他们完成远超常人的学习任务。
这也印证了我此前对年轻人的建议:如果你还年轻,你应该尽可能广泛地学习各种知识。同时,我也建议在某个特定领域进行深耕。虽然我并不处于一个可以直接对他人生活指手画脚的位置,但我认为,理想情况下,在30岁之前——甚至更早——你应该在博采众长的基础上,确立自己的专业化方向。
Timing Your Learning
你应该明确什么能让你感到兴奋,并努力在那个领域变得出类拔萃,前提是它能造福世界。关于育儿建议我就点到为止,这并非我的专业领域,或许未来我会专门制作一期关于青少年及其学习过程的节目。
一旦你开始将多巴胺与“犯错”这一过程挂钩,就会引发一些非常核心的问题:我应该多久进行一次这种练习?应该在什么时间点进行?既然我们已经进入了工具与应用的细节层面,那么需要了解的是,我们每个人在一天中都有一些自然的生理时段,在这些时段里,我们对错误的耐受力会更高,对目标的专注度也会更强。
你下午 4 点的专注力很可能不如上午 10 点,这取决于每个人的睡眠状况、自然的生化特性和生理节律。因此,你需要找到一天中自身认知敏锐度(mental acuity)最高的时段,这才是进行学习训练(learning bouts)的最佳时机。
在训练过程中,你需要达到不断犯错的状态,并让这种犯错的过程持续 7 到 30 分钟。不断地犯错并反复钻研,你实际上是在主动寻求一种挫败感。如果你能从这种挫败感中找到某种乐趣——这种状态确实是存在的——那么你就为学习该项技能创造了最佳的神经化学环境(neurochemical milieu)。而最美妙的地方在于,你同时也创造了最佳的环境……
(Chem)Trails of Neuroplasticity
在完成一段特定的学习训练——例如练习篮球罚球、打网球或任何其他技能——之后,如果你紧接着坐下来阅读书籍,你的大脑会处于一种更有利于学习和留存信息的高度活跃状态。这是因为在学习过程中释放的化学物质并不会在活动停止后立即消失,而是会在大脑中营造出一种整体的化学环境(milieu)。
关于这些化学物质在大脑中持续波动并发挥作用的具体时长,由于受到转运体(transporters)、酶(enzymes)以及多种生理因素的影响,很难给出一个精确的数值。但可以肯定的是,在随后的至少一个小时左右,你将处于一种高度的学习状态。这种增强的学习能力不仅涵盖了运动模式的习得,还包括对认知信息和语言信息的处理。例如,你可以在这段时间内进行心理治疗,以一种极具针对性的方式去解决特定的问题,或者处理其他对你而言重要的事务。
总之,有许多方法可以让我们以一种既令人惊讶又充满趣味的方式,强有力地进入这种由“错误”诱导的学习状态。这些方法绝非噱头,而是深刻地利用了神经塑性的基本机制。接下来,我将详细讨论其中的三种方式。
The Three Key Levers To Accelerate Plasticity
加速神经可塑性的关键杠杆主要涉及以下几个方面:首先是平衡,即前庭系统(vestibular system);其次是我所定义的“边缘摩擦”(limbic friction)或“自主唤醒”(autonomic arousal)的两个维度。如果这些概念目前听起来还不够清晰,我将针对每一个点进行详细的阐述,说明它们的具体内涵,以及它们为何能够有效地开启神经可塑性的窗口。
Limbic Friction: Finding Clear, Calm and Focused
让我们来探讨“边缘摩擦”(Limbic Friction)这一概念。虽然在教科书中你找不到这个术语,但我必须重申,尽管它不是一个标准的学术名词,但它是一个非常重要的原则,涵盖了神经生物学和心理学教科书中的大量信息,并具有深远的现实意义。
边缘摩擦是我试图为一种比“压力”更细致、更具机制性的状态所取的名称。通常,当我们谈论压力时,会想到心跳加速、呼吸急促、出汗,以及一种我们不想要的状态——即我们处于过度警觉中,而渴望变得更加冷静。这确实是产生边缘摩擦的一种情况,意味着我们的边缘系统正在接管自主神经(或自动生物学)的多个方面,而我们正努力通过所谓的“自上而下的机制”(top-down mechanisms)来夺回控制权,试图通过冷静下来以降低这种唤醒水平。这就是大家熟知的压力反应。
然而,压力的另一个方面同样重要,那就是当我们感到疲劳、倦怠,却需要投入工作或保持高度警觉的时候。我所说的边缘摩擦,实际上是为了描述这样一种事实:当我们的自主神经系统不在我们预期的状态时(无论我们是想变得更警觉还是想降低警觉),人们都会感到压力。换句话说,“压力”这个词并不足以准确描述大多数人的感受,因为这种压力既可能源于过度疲劳,也可能源于过度警觉。
为什么要在讨论神经可塑性时提到这一点?这并不是关于压力的专题讨论,但在获取神经可塑性的过程中,你需要专注、需要附加主观奖励、需要允许自己犯错。许多人发现,仅仅是进入能够获取这些要素的整体状态就很困难。这就像是一系列难以跨越的关卡,例如,如果你太累了,就无法集中注意力。
幸运的是,如果你过于警觉或焦虑,并希望冷静下来以便更好地学习,是有应对方法的。我曾多次提到的两种方法包括:首先是“生理性叹息”(physiological sigh),即通过鼻子吸气两次,然后通过嘴呼气一次。这并非某种瑜伽技巧或简单的偏方,而是一种能从肺部排出二氧化碳的生理机制,其背后的神经回路早在20世纪30年代的教科书中就有记载,且已有多个实验室对其进行了深入研究。这是目前我所知的最快冷静下来的方法。其次是打破“隧道视野”(tunnel vision)。当你极度专注时,肾上腺素会上升;而通过扩大视野,即采用所谓的“全景视野”(panoramic vision),你可以调节自主唤醒水平。关键在于,你希望处于一种与你尝试执行或学习的任务相匹配的唤醒状态。
理想的状态是“警觉但冷静”。但边缘摩擦的另一面也至关重要:如果你太累而无法集中注意力,那么你甚至无法站在通过增量学习来触发神经可塑性的起跑线上。在这种情况下,你需要其他方法来唤醒自己。最好的办法当然是保证充足的睡眠,或者使用“非睡眠深度休息”(NSDR)协议。如果你已经做了这些,或者因其他原因感到精疲力竭,你可以尝试摄入咖啡,或者进行“超氧呼吸”(super oxygenation breathing)——即在呼吸循环中,吸气的时间平均长于呼气的时间。通过加深和加长吸气增加氧气摄入,你可以“诱导”神经系统使其苏醒;如果你呼吸得非常快,甚至会开始释放去甲肾上腺素。
总之,你可以通过这些手段在所谓的“自主唤醒弧线”上调节状态。在进行任何学习之前,你应该问自己:我正在经历多少边缘摩擦?我是过于警觉而需要冷静,还是过于困倦而需要变得更加警觉?
The First Question To Ask Yourself Before Learning
为了开始学习,你首先需要参与一些特定的行为,使自己能够进入学习的准备状态,即站上所谓的“起跑线”。除了渐进式学习(incremental learning)之外,还有其他方法可以帮助你更高效、更快速地学习,而这些方法的核心在于前庭系统(vestibular system)。
这对于某些人来说可能是一个惊喜,但对于那些职业或业余爱好涉及大量运动,尤其是涉及我们所谓的“高维度技能活动”(high dimensional skill activity)的人来说,这或许并不令人意外。这里所指的活动不仅仅是跑步、骑行,或是像举重那样非常线性的活动,而是那些对身体协调与平衡有更高要求的复杂运动。
Balance
涉及倒立、大量侧向运动以及跳跃、跳水、翻滚或体操等动作的运动,其实与神经可塑性有着深层的联系。为什么要通过前庭系统(vestibular system)来开启神经可塑性?这是因为我们拥有一套固化的平衡系统。
简单来说,当我们穿梭于空间或保持静止时,主要存在三个运动平面。大脑主要通过本体感受反馈以及这三个运动平面来感知身体的位置,它们分别是:俯仰(Pitch),类似于点头的动作;偏航(Yaw),类似于左右摇头的动作;以及翻滚(Roll),类似于小狗歪着头看你时的侧向倾斜动作。飞行员对这些术语会非常熟悉。
大脑根据头部是在进行俯仰、偏航、翻滚,还是它们的组合动作,来判断身体相对于重力的方位和位置。在我们的内耳中,存在着被称为半规管(semicircular canals)的结构。正如眼睛具有视觉感知和通过潜意识机制调节昼夜节律这两大功能一样,耳朵也承担着两大职责:一是听觉,即接收并感知声波;二是前庭功能,即维持平衡。
半规管就像是一些微小的管道,里面装有微小的钙质结晶(耳石),它们像小弹珠一样在管内来回滚动。当我们进行俯仰运动时,它们随之滚动;当我们进行偏航运动时,有些水平放置的结晶就会像呼啦圈里的弹珠一样滑动;而在进行翻滚运动时,处于45度角的结晶也会相应移动。这些物理运动会向大脑和身体的其他部位发送信号,告知我们如何针对相对于重力的偏移进行补偿。
这正是神经可塑性最迷人的地方:前庭-运动感官经验中的错误——也就是说,当我们失去平衡,并不得不通过改变观察世界、思考世界或对世界做出反应的方式来进行补偿时,这种状态便成为了开启神经可塑性的关键契机。
Cerebellum
小脑(Cerebellum)在拉丁语中意为“小大脑”,它的外观也确实像一个位于大脑皮层下方后部的微型大脑。小脑能够向大脑深处的一些中心发送信号,促使它们释放多巴胺(dopamine)、去甲肾上腺素(norepinephrine)和乙酰胆碱(acetylcholine)。
这种反应的生理基础在于内耳等部位的回路与小脑之间的协作。这些回路的设计初衷是当人体与重力的关系发生变化时,重新校准我们的运动动作。这对于生存而言是至关重要的基本能力:我们无法承受频繁跌倒、抓取目标失误,或者在被追逐时跑错方向。这些是与神经化学通路直接相连的硬连线回路,而这些化学通路正是通往神经塑性(plasticity)的大门。
为了清晰地阐述这一点,我们需要关注进入学习状态前的准备工作。首先,你必须确保自己的自主唤醒(autonomic arousal)水平处于正确状态。理想的学习状态应该是清醒、冷静且专注的,甚至可以带有稍高水平的唤醒度。在这里,理解“边缘摩擦”(limbic friction)的概念至关重要:如果你感到过于疲倦,就需要提高警觉度;如果你过于亢奋,则需要让自己平静下来。这仅仅是让你到达学习的“起跑线”。
一旦处于起跑线,你就可以进入学习过程并开始通过犯错来触发塑性。但在这两者之间还存在一个层面:如果你有兴趣利用运动模式来开启各种类型的学习(而不仅仅是运动学习)的塑性,那么干扰你的前庭-运动关系(vestibular motor relationship)将发挥作用。这种干扰可以部署或释放大脑中的神经化学物质,使你进入一种极佳的学习状态,并让犯错的过程变得更加愉悦,从而使你更愿意投入其中。这与许多人所探讨的“心流状态”(flow state)研究有着密切的联系。
Flow States Are Not The Path To Learning
我非常尊重那些研究心流(Flow)的人们,并向他们致敬,这无疑是一项非常重要的工作。然而,我必须明确指出,心流实际上是你已经掌握的技能的一种表达方式。它并不是学习的过程,而是对已学内容的展现。心流常被描绘成一种人人向往的“超然状态”,但在你掌握我所描述的这些学习机制之前,在我的观点中,将心流作为追求的目标是错误的。
前庭系统(vestibular system)在学习中起着至关重要的作用。如果你能激活前庭系统,并在执行的前庭运动操作(vestibular-motor operations)中制造一些错误,就会触发一种特定的神经化学状态。这种状态能让你无论年龄大小,都能非常高效、快速地进行学习。
那么,这种机制在现实中是如何体现的呢?这是否意味着仅仅进行倒立(inversions)或练习瑜伽?或许是。这是否意味着在骑公路自行车时以更快的速度过弯?或者,如果你习惯了自由泳或蛙泳,这是否意味着你应该尝试仰泳或蝶泳?这取决于一个非常容易理解的参数:即你执行特定运动行为的频率,以及该行为的新颖程度(novelty)。
Novelty and Instability Are Key
行为相对于重力的新颖性越高,开启神经可塑性的机会就越大。以第一次背着降落伞跳伞的人为例,他们在完成跳伞后会处于一种极其兴奋的状态,这是因为这种体验对他们而言非常新颖,导致大脑和身体内充满了各种神经化学物质。然而,对于那些已经完成过成千上万次跳伞的人来说,虽然他们依然保持警觉和清醒,但这已成为他们的常规操作,因此在跳伞后不会出现那种兴奋的快感。
这里的核心在于为你所执行的前庭运动指令(vestibular motor commands)引入新颖性。这完全取决于你相对于重力的取向。当然,我不希望任何人置身于危险之中,如果你不会倒立,就不要尝试自由倒立。但如果你已经擅长倒立,那么练习半小时倒立对你产生的可塑性几乎为零。对于像太阳马戏团的表演者来说,倒立或倒置是极其舒适的常态,由于其相对于重力的关系非常典型,几乎不会产生错误,因此也就没有学习和可塑性发生。
这意味着,如果我们想利用运动练习来开启学习的可塑性——不仅是为了运动技能本身,也为了随后阶段的认知技能或其他能力的提升——我们需要创造一种相对于重力的新颖感。这可以通过处于一个全新的姿势,或者处于轻微不稳定的状态来实现。虽然要避免受伤,但那种“即将跌倒”的感觉会向小脑发出信号,进而触发深层脑区释放神经化学物质,提醒身体发生了异常,必须快速修正错误。
这种学习的触发机制并不需要达到“不成功便成仁”的极端地步。我有时会看 YouTube 上的跑酷视频,虽然那些在建筑物间悬挂的挑战非常惊人,但我绝对不建议这样做。我们应该寻找安全的方式来探索“感觉运动前庭空间”(sensory motor vestibular space),即感觉、运动与前庭系统之间的关系。例如,通过瑜伽、体操或骑行。如果你不擅长瑜伽,你从中获得学习的机会反而比那些瑜伽高手更多。
遗憾的是,某些室内固定单车虽然能提供在空间中移动的视觉体验,但由于你并没有在物理空间中实际移动,因此缺乏前庭反馈。除非你在客厅里骑得东倒西歪、几乎要翻车,否则你无法获得实际的前庭-运动-感觉不匹配(vestibular motor sensory mismatch)。正是这种“不匹配”才是部署多巴胺、肾上腺素等神经化学物质的信号。无论骑行过程多么令人兴奋、音乐多么动听,只要你没有脱离正常的重力关系,其效果就无法与真实的新颖体验相提并论。
How to Arrive At Learning
进入学习状态的第一道关卡,是使自主神经唤醒水平(autonomic arousal)达到适当的程度。虽然保持清醒且专注是最佳的状态,但你不必过度执着于必须处于那个完美的点。即便你感到有些焦虑或疲倦,也依然可以进行学习,而此时的关键在于去“犯错”。
正如我们之前讨论过的,如果你希望获得增强或加速的神经塑性(plasticity),前庭-运动-感觉(vestibular-motor-sensory)之间的关联性绝对是核心所在。此外,另一个重要的特征是设定权变关系(contingency)。如果你有一个必须去学习的重要理由,那么即便你在过程中不断遭遇失败,学习的进程也会被加速。
总而言之,成年人若想激发神经塑性,真正需要做到四件事。我认为这些原则同样适用于年轻人。关于这一点,我们可以进行一个有趣的思维实验,即观察儿童的学习方式……
The Other Reason Kids Learn Faster Than Adults
孩子们在不同的维度上频繁活动。他们有时会挂在树上,或者像我小时候玩滑板那样,经常摔倒、翻滚,经历各种类似的动作。无论是否参加体育运动,孩子们的动作与重力之间的关系都比成年人更加多样化,或者说,他们的运动具有更高的维度。
一个一直萦绕在我脑海中的问题是:随着年龄的增长,我们参与神经塑性的能力会下降。部分原因在于大脑老化导致神经元结构及其分子成分发生了某些变化。但这其实是一个“自我退化”的循环:随着年龄增长,我们的运动往往变得更加线性且规律。例如,我们习惯于在跑步机上运动、散步,或总是走相同的楼梯。这导致我们通常较少有机会通过之前提到的“前庭-运动-感觉聚合”(vestibular motor sensory convergence)来参与和重力感应相关的活动。
因此,你不得不思考,老年人(也包括我在内)神经塑性的降低或减弱,究竟是因为我们不再从事某些行为导致相关化学物质无法释放,还是因为化学物质不再释放导致我们无法从事那些行为。我感觉两者兼而有之,它们之间存在互惠关系。当然,对于那些缺乏肌肉稳定技能或骨密度不足的人来说,开始进行倒立之类的动作是不明智的,我所指的并非这类危险行为。
但思考我们所从事的运动类型是很有趣的。我们都知道,每周进行三到五次提升心率的运动对心血管健康非常有益,已有大量数据支持这一点。负重训练对于增加骨密度、维持肌肉力量和本体感受反馈也至关重要。正如我在这集开头提到的,抗阻训练对“神经-肌肉连接”的锻炼程度其实不亚于对肌肉本身的锻炼。
然而,我认为我们大多数人都可以尝试以新颖的方式增加前庭系统的参与度,而且这可以通过多种机制安全地实现。我虽然不冲浪,但冲浪者非常熟悉如何根据重力吸引来调整身体的方向:他们先是躺着,然后站起来,接着转向、倾斜头部。这再次涉及到了俯仰(pitch)、偏航(yaw)和翻滚(roll)。需要强调的是,如果你已经精通冲浪,单纯的冲浪运动并不会开启塑性;只有在“学习”这些新的重力关系的过程中,神经塑性的窗口才会被增强。
我想强调的是,这种前庭系统的参与是显著增强塑性的一种方式。它利用了一种天生的生物机制,即小脑会向与多巴胺、乙酰胆碱和去甲肾上腺素相关的深层脑核团发送输出信号。虽然在追求这些活动时不要危及自身安全,但这确实是一个强大的机制。它就像是神经塑性的“放大器”,正如“高应变性”(high contingency)也是一种放大器一样——例如当你产生必须学会法语口语的迫切需求时。
Learning French and Other Things Faster
如果你是为了挽救一段人际关系,你很有可能会努力去学习。当然,增强或加速神经塑性的程度是有限的。虽然我们不知道这个上限具体有多高,但它并非无穷无尽。可以合理地推测,如果有人用枪指着我的头说:“在接下来的 120 秒内学会法语会话”,那么我掌握的法语可能仅限于一个词,比如“oui”(是)之类的,因为我无法在瞬间塞进所有的知识。
这正是脑机接口(Brain-machine interface)的愿景:人们能够将芯片植入海马体、大脑皮层或其他大脑结构中,从而直接“下载”法语会话能力。或许有一天我们能实现这种能力,但目前它并不存在。现在也没有任何特定的药物或化学物质能让你更快速地下载信息。
这涉及我之前讨论过的促智药(Nootropics)问题。确实有些物质可以提高专注力,主要是那些能增加乙酰胆碱(Acetylcholine)并增强尼古丁系统传输的物质,或者是能增加多巴胺的物质,如 L-酪氨酸(L-tyrosine)。我并不是在推荐这些药物,你需要留意包装瓶上的警告,但它们确实会增加这些神经化学物质。此外,还有一些物质能增加肾上腺素,比如咖啡因,或者某些人因处方需要而服用的阿德拉(Adderall)。我再次重申,我并非建议大家服用这些药物。
事实上,我今天的重点几乎完全放在行为工具和构建学习时段(Learning bouts)的方法上,这些方法可以让你无论年龄大小都能获得更多的神经塑性。它们围绕着一些核心概念展开,如果你观察四周,就会发现相关的证据,比如“增量学习(Incremental learning)非常强大”,或者“前庭系统(Vestibular system)可以开启神经塑性的契机”。我相信瑜伽修行者们可能会说:“等等,这听起来和瑜伽一模一样。我们被要求挑战极限,做各种倒立动作(Inversions)等等。”
我想明确一点,我从未说过每个人都应该练习倒立。我的意思是,前庭系统是进入某些有利于神经塑性的神经化学状态的重要门户。我不时会听到瑜伽界的反馈,他们会说:“你提到的关于大脑运作或神经塑性的许多内容,在瑜伽实践中早有描述或体现。”我想非常清楚地表达,我对瑜伽界及其修行实践抱有极大的尊重。我偶尔也会练瑜伽,觉得它既有挑战性也有价值,但我并不是一个规律的练习者。然而,瑜伽存在一个问题,而这个问题恰恰也是科学所面临的问题。
Yoga versus Science
瑜伽包含了许多具有特定名称的练习体系,但往往缺乏对底层机制的描述或深入理解。相比之下,科学领域虽然拥有大量的机制研究、学术出版物和论文,却极少甚至完全没有对具体工具和实践练习的描述。
我的目标,不仅限于今日,也是在整个播客系列中,致力于缩小这些不同学科之间的鸿沟,并主要将其立足于神经科学及相关领域。诚然,我主要通过科学的视角来看待事物,但这并不意味着科学可以详尽地解释一切,也不意味着它是观察神经塑性(neuroplasticity)等现象的唯一视角。我对这些不同的练习方式和社群深怀敬意。事实上,在许多情况下,不同的社群和实践都在针对相同的目标或产出结果。
通过对机制的理解,科学和神经科学能让我们所有人对这些练习的本质,以及如何开启神经塑性、改善睡眠等过程产生共识。正如我此前多次强调的,理解机制赋予了我们某种“灵活性”。这种灵活性并非指身体上的柔韧性,而是一种认知与行动上的灵活度——当我们因为受伤或环境受限而无法进行某项特定行为时,通过思考背后的机制,我们可以灵活调整并适应现有的环境。
以睡眠为例,如果你死板地固守某项协议,例如必须在早晚特定时间观察阳光,其价值远不如理解“为什么要看阳光”的底层机制。理解了机制,你就能获得一种适应能力,让你在无法控制所有外部条件的动态生活中进行自我调节。因此,通过神经科学的视角来理解机制是非常强大的,因为调节多巴胺(dopamine)或调整边缘摩擦(limbic friction)的途径从来都不止一种。
Closing Remarks
调节学习状态并不仅仅通过呼吸,当然还有很多其他方式。在本集节目以及整个播客中,我的总体目标是让大家理解这些底层的生物学机制,并提供相关见解,从而使你们能够根据自己特定的学习需求,量身定制这些基础机制的应用。
在接下来的节目中,我们将继续探索神经塑性。Huberman Lab 播客的一贯风格是针对一个主题进行三到五集的深度钻研,以便在系列结束时,大家都能牢固掌握如何将神经生物学原理应用于对你最重要的特定实践和领域。
再次感谢大家的关注。我深知这些信息量很大,需要高度的专注力,而学习这些知识本身就会触发神经塑性。我想鼓励并提醒大家,你不必一次性掌握所有内容,这些资料都会存档,你可以随时回顾。最重要的是,我非常感谢你们对科学的热爱。
