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实验做不下去了怎么办?

2018-05-31 13:29:57  来源: 检测家

1920 年,在复活节周日的前一天晚上,药理学家奥托·勒维(Otto Loewi)从睡梦中醒来,一个重要的灵感出现在他的脑海中。他将这个想法写在一张纸上后,立马又睡了过去。当他再次醒过来时,他发现他的字迹潦草得难以辨认。但幸运的是,第二天晚上,他的大脑中再次出现了这个想法。这其实是一个简单的实验设计,也正是这个实验最终证明了勒维长期以来的一个理论假设:神经细胞是通过交换化学物质(神经递质)来进行交流的。1936 年,勒维(与亨利·哈利特·戴尔一起)因此获得诺贝尔生理学或医学奖。


在勒维的“诺奖之梦”后将近一个世纪,睡眠能够促进人类创造性地去解决问题这一现象才获得了实验的证实。现在,卡迪夫大学的潘妮·刘易斯(Penny Lewis)和其两位同事将这些发现整合成一套新的理论,解释了为什么睡眠与创造力有关。具体地说,他们的想法告诉我们:睡眠的两个主要阶段——快速眼动(rapid eye movement,REM)睡眠和非快速眼动(non-REM)睡眠能够相互协作,帮助我们发现已知事物间尚未发现的联系,并且跳出思维定势的条条框框,找到解决问题的新点子。


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图片来源:Catalyst Athletics



提取记忆的共性

当一个人开始入睡时,最先进入的是非快速眼动睡眠。非快速眼动睡眠期包括两个阶段(细分则可为四个阶段)。一个是浅睡眠,这种睡眠几乎占据了整个晚上;另一个则是深睡眠,称为慢波睡眠(slow-wave sleep, SWS)。这种情况下,大脑内的细胞就像大合唱一样——数百万个神经元同时加大马力工作。刘易斯表示:“这是你在清醒状态下不会出现的状况。此时你正处于一种深度的生理状态中,一旦被吵醒,你会感到不快?!?/span>


在这种状态下,大脑会将记忆重现。以小鼠实验为例,白天小鼠穿越迷宫时,部分神经元会被激活,而在夜间进入睡眠后,这些神经元便会以和白天完成迷宫任务时大致相同的顺序,自动工作起来。这种“重现”有助于巩固并强化新形成的记忆,从而将它们整合到现有的知识中。但刘易斯解释说,这类重现同样能帮助大脑从各个细节中提取共性。


刘易斯说:“假设你回忆起你的生日派对,回忆里有礼物、蛋糕和气球。与负责回想谁来参加了派对(或其他特别的细节)的大脑区域相比,负责回想礼物、蛋糕这些事物的大脑区域会受到更加强烈的刺激。随着时间的推移,记忆中的细节可能会消失,但是主要特征依然存在。你对生日聚会的印象很大程度上就是受这个影响?!?/span>(一些科学家认为,做梦是大脑对这一过程有意识的表现;你的大脑将这些记忆重现,并对其进行转换。)


尽管这个过程一直都在发生,但是在刘易斯看来,由于海马(hippocampus)与新皮质(neocortex)间的紧密联系,该过程在慢波睡眠中变得尤为强烈。海马是大脑中部海马形状的区域,它负责捕捉事件和地点的记忆。新皮质则位于大脑的外层,负责事实、想法和概念记忆的存储。刘易斯的观点是,海马促使新皮层重现那些彼此之间的主题存在关联的记忆——这些记忆可能发生在相同的地点,也可能是在其他细节上有共通之处,这样新皮层才更容易“总结”出一个共同的主题。


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海马和新皮质
图片来源:RK's Musings


相辅相成

另一个阶段则是快速眼动(rapid eye movement, REM)睡眠, REM 指的是眼球的快速运动??焖傺鄱哂敕强焖傺鄱哂泻艽蟮牟煌?。原本在非快速眼动睡眠期间,神经元会保持同步“大合唱”,而在非快速眼动睡眠期间,这些神经元却毫不协调地产生“噪音”。这是因为新皮层的许多部分都得到了激活,并且激活部位似乎还是随机的。同时,神经递质乙酰胆碱(acetylcholine,刘易斯在睡眠激发的研究中发现的就是这种化学物质)大量释放,扰乱了海马和新皮层之间的联系,使两者处于一种十分灵活、可变性极强的状态。此时神经元之间联系的形成、强化或削弱都变得更为容易。


刘易斯认为,这些特征使得新皮层可以在无意间从看似无关的概念之间寻找到相似性,就像行星围绕太阳旋转与电子围绕原子核旋转之间的相似性那样。刘易斯说:“假设你正在想办法解决一个问题,然后突然卡住了,不知道如何继续下去。在快速眼动睡眠时,新皮层会将该问题中抽象而简化的元素重现出来,同时脑海中的其他事物也被随机激活。不同事件之间的共性也便随之得到增强。当你第二天醒来后,这种轻微的增强很可能会让你看待问题的视角出现一个轻微的改变——这很可能正好帮你解决问题?!?/span>


刘易斯表示:“关于这个话题的看法有很多。有人认为慢波睡眠对创造力很重要,有人认为快速眼动睡眠才是。而在我们看来,其实是两者共同发挥的作用?!贝颖局噬侠此?,非快速眼动睡眠将不同的概念提取出来,快速眼动睡眠则负责将这些概念联系起来。


至关重要的是,非快速眼动睡眠与快速眼动睡眠是相辅相成的关系。睡眠期间,非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠每 90 分钟左右替换一次。在这样的晚上,海马和新皮层反复经历着同步和分离的过程,抽象概念和建立联系这两个过程本身也在不断重复。刘易斯写道:“打个比方,就像两个科研人员,他们最初一起研究同一个问题,随后分开单独思考,接着又聚集起来进行进一步的研究?!?/span>


刘易斯补充道:“这带给我们的启示是,假如你正在处理一个难题,你要保证自己有充足的睡眠时间。特别是如果要做的事情需要创造性思维,或许适当控制下脚步,不要太匆忙也不错?!?/span>




睡眠与创造力研究的未来

尽管这个理论框架的一部分有强大的数据作支撑,但是其他部分还只是猜想,需要进行实证。比方说,刘易斯的“在非快速眼动睡眠期间,海马可以促使新皮层再现相关的记忆”的预感,就缺乏足够的证据。刘易斯承认:“我知道这可能有点牵强?!钡谝恍┭芯恐幸擦粢獾?,慢波睡眠提高了大脑识别具有共性的概念的能力。在某个被广泛使用的实验任务里,人们必须学习一个单词列表,列表里是“夜晚、黑暗、煤炭”这样的词,围绕着一个隐藏的主题词。如果学完单词后人们睡了一觉,他们就更可能(错误地)记得,他们在做任务的时候也学过“黑色”这个主题词。然而,圣母大学(University of Notre Dame)的杰西卡·佩恩(Jessica Payne)却在她的某个实验中发现,慢波睡眠有着相反的效果。


尽管如此,撇开这个“小小的分歧”,佩恩认为刘易斯的大部分理论是正确的,尤其是“快速眼动睡眠将概念性知识以近乎荒谬而富有创造性的方式组合起来”这点。佩恩说:“我认为刘易斯的想法大体上是正确的?!?/span>


刘易斯的理论框架还有一个她认为更为麻烦的弱点,那就是:在没有任何明显精神问题的情况下,人们是可以被完全剥夺掉快速眼动睡眠的。比方说,一名以色列男子在脑损伤后,就无法进入快速眼动睡眠。刘易斯说:“他是一名十分优秀的律师,并为当地报纸设计智力游戏。这对我们的理论来说绝对是个问题?!?/span>


“我确定(理论)不是 100% 正确的,”刘易斯笑着补充道,“但是我们刚刚得到了一组强力支持它的结果?!彼耐哦邮酝既盟咧驹刚咴诼ㄋ吆涂焖傺鄱咧小爸匮荨奔且?,并发现了不同睡眠类型的不同效果。这些结果不久后应该会公布出来。同时,研究小组也在开发促进或抑制这两个睡眠阶段的方法,了解它们是如何影响人们解决问题的能力的。这都是五年研究计划中的一部分,而他们现在正处于第一年。


刘易斯还与诺丁汉大学的马克·范·罗森(Mark van Rossum)合作,开发一款人工智能,用来学习她所认为的大脑睡眠模式。这款人工智能设有两个???,一个负责抽象概念,一个负责(概念间的)联系。


“所以说你要开发一款能睡觉的人工智能?”我问道。


“是的?!彼?。


我很好奇它是否会梦到电子羊。



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