科学家开发出在睡眠学习的方法

梦想变成了现实：神经科学家开发出了在睡眠时巩固或获取知识的方法。

设想你每天早上醒来都比前一天更博学，而且除了8个小时的睡眠之外你什么都没干……闭上眼睛就能学习的梦想竟然成真了！

我们这里要说的不是传统意义上睡眠之于记忆的巩固功能——这一事实无需再作证明——而是睡眠能改善、指挥，甚至强化记忆，在完全无意识的情况下向大脑传输待处理的信息。随着神经科学的进步，我们会学得更多、更好。

这一想法其实由来已久。早在20世纪初，大胆的科学家就已经开始设想在晚上播放音频，以丰富睡眠者的学识或改变他们的行为。

1940年代，美国心理学家劳伦斯·莱尚（Lawrence LeShan）招募了20个喜欢啃指甲的孩子。他用留声机不停地播放“我的指甲味道很苦涩”这句话，每晚300次，持续了54晚。结果20名儿童中有8名停止了这种讨人厌的怪癖。遗憾的是，那时还没有设备能监测孩子们是否有较高的睡眠质量，实验结果仍有待验证……

“首批针对睡眠中学习的可靠研究表明，当人们学习某样东西时，实际上是在经历我们夜间常有的数秒钟微觉醒阶段。”比利时布鲁塞尔自由大学神经心理学和功能神经成像研究课题组主任菲利普·佩尼厄（Philippe Peigneux）指出。

从那时起，怀疑主义逐渐抬头，并且一种新兴的解释统治了学界数十年：睡眠者与环境实际上是隔离的，大脑不会受到外部的刺激。除非分贝数真的很高，否则任何噪声都无法到达新皮质——通常处理感官信息的大脑半球的外层。也就是说，在睡觉时学习似乎根本不可能。

解读新信息

然而，正如我们今天所知，沉睡的大脑不是一个隔绝一切的黑箱。

2014年，巴黎高等师范学院认知科学和心理语言学实验室的托马·安德里永（Thomas Andrillon）和锡德·库韦德尔（Sid Kouider）提出了一个惊人的证据。他们首先训练志愿者通过按下右侧或左侧的按钮，将他们听到的单词分类（例如分为物品或动物）。

当能熟练自如地按下按钮时，志愿者会被要求在睡眠期间继续执行任务。然而，在颅骨表面记录的神经活动表明，当他们睡着后，即使无法按下按钮，大脑仍然能听到声音并继续工作，对播放的单词进行分类：大脑的左右皮质运动区依次被激活，就好像他们清醒时准备按下相应的按钮一样。令人惊讶的是，分类没有出错！

人们对大脑的旧概念被完全推翻：即使在睡眠状态，大脑仍然对听觉刺激敏感，还能对其进行解读。让我们回到起点：假设在无意识的情况下，我们的大脑仍旧保留了处理外部信息的能力，那么它是否能记住信息并学习呢？答案是肯定的。甚至神经科学实验室已经研究出几种方法，能让人在午睡后比之前更博学。

第一种方法由瑞士伯尔尼大学神经科学家马克·苏斯特（Marc Züst）发表，它能让人们更好地理解这种无意识学习的神经机制。这项研究的目的是向睡眠者播放一组生造词和对应的翻译（比如Tofer-钥匙，Guga-大象等），让他们学会这种纯粹生造的语言。

结果他们居然学会了！当他们醒来时，即使对这种隐式学习没有记忆，被试也可以说出在睡眠期间听到的外语单词是指大的物体（guga）还是小的物体（tofer）。

“由此我们证明，在无意识状态下解读新信息是可能的，因为被试承认他们并没有听过播放的词。”马克·苏斯特总结道。虽然这项实验令人印象深刻，但并不意味着人们只需在夜间听录音，便能在无意识情况下变成双语者。

事实上，被试醒来后的确无法对所听到的单词进行翻译。“大多数研究都表明，睡眠时的学习能力远不如清醒时的学习能力。”托马·安德里永强调。即便如此，这项实验还是帮助科学家确定了睡眠时大脑最善于学习的时刻。

关键在于“慢波睡眠”阶段，此时皮质内的大量神经元协调一致地工作，在兴奋和抑制状态中来回交替，产生高振幅、低频率的电信号即“慢波”。

瑞士团队研究了这些慢波的峰值：在第一个峰值到来时播放生造词，在下一个峰值到来时播放翻译词。这种方法似乎很难在家中操作，“只要峰值和播放词之间出现几毫秒的差距，大脑就无法记住单词。”马克·苏斯特承认。

缓解烟瘾

实际上，最新出现的另两种方法更有可能令睡眠学习这一梦想成真。第一种方法是在睡眠者的大脑中创造无意识的联想。

以色列魏茨曼科学研究院神经内科的阿纳·阿尔济（Anat Arzi）团队在2014年发现了睡眠中学习的潜力：研究员通过调节吸烟者的睡眠，设法让他们厌恶烟瘾。

吸烟者被连续暴露在两种气味中：首先是香烟味，然后是令人不快的气味（例如鱼的腐臭味），以此让他们将烟草与大脑中的不良感觉联系起来。对照组采用了相同的方案，即让被试处于清醒状态时闻这两种气味。结果令人惊讶：与对照组不同，经过睡眠调节的吸烟者在接下来的几天中减少了吸烟量。

“这项研究表明，我们可以在睡眠中学会在清醒状态下无法学会的事物。”托马·安德里永评论说，“吸烟者每天都要到户外去吸烟，他并不一定会将香烟与出门、寒冷的天气、在垃圾桶旁吸烟等带来的不快联系在一起，因为他也会有‘吸烟是和朋友在一起，是一件放松的事’的记忆。清醒状态会使其无法轻易做出上述任意的关联。相反，沉睡的大脑更容易接受任意的关联。”

对记忆产生副作用？

有一点需要注意：睡眠调节的应用场景似乎十分有限。是否可以通过更复杂的联想来缓解焦虑呢？也许不能。“我们只能在睡眠中建立非常基本的联想，而一旦开始更复杂的学习，就必须事先准备好信息。”菲利普·佩尼厄观察道，“也就是说，我们应该先在清醒时学习，然后在睡眠中巩固。”

这正是近年来开发的另一种方法的原理，被称为“靶向记忆再激活”（Targeted Memory Reactivation，简称TMR）。这种方法并非向睡眠者的大脑引入新信息，而是加强已存在信息的记忆。其原理很简单，“首先是清醒时学习，然后在睡眠时提供与学习内容有关的元素，声音、气味，甚至一个单词，以巩固记忆。”菲利普·佩尼厄解释道。

2009年，美国西北大学肯·帕勒（Ken Paller）团队发表了一项研究，确定了上述方法的有效性：志愿者被要求在电脑屏幕上放置50件物品（一只猫，一只茶壶等）并记住他们的位置。与此同时，每件物品都会发出声音（猫是喵喵叫，茶壶是嘘声……）。之后他们按要求小睡一会儿，在此期间他们大脑活动的脑电图均被同步记录。

当科学家检测到慢波时，会以低音量播放与先前学习相关的声音，促使被试大脑重新激活相关的学习过程，巩固记忆。结果证实该方法的确有效：相比于对照组，在睡眠期间播放相关声音的被试在醒来后能更好地记住物品的位置。

1、感知声音信息：睡眠者接收到声音，包含有新信息或已接触过的旧信息。2、丘脑处理信息：该信息中心（丘脑）接收这种刺激并将其分配到皮质。3、海马体重塑信息：皮质与海马体建立对话，海马体在将信息返回到皮质之前暂时收集或重复信息。4、皮质储存信息：该信息被永久记忆，睡眠者获得或巩固了知识。

肯·帕勒认为，“TMR可以影响大多数类型的记忆”。由此产生了许多应用：学习钢琴或外语，甚至治疗抑郁或焦虑症。“但某些应用可能会带来问题。”他警告说，“若是用作创伤后应激障碍的治疗方法，我们应该对TMR慎之又慎，防止它使症状恶化。”

因为干预睡眠可能并不是百利而无一害的。如何才能确保这些操作不会干扰睡眠，影响其恢复和巩固记忆的主要功能？“这个问题我们目前无法回答。”马克·苏斯特承认。

“TMR治疗法”目前仍未商业化，所以我们还无法在家尝试这种疗法。不过，现在已有其他技术来改善睡眠质量。法国初创公司Dreem发明了一个能够实时识别不同睡眠阶段的头带，它可以通过骨传导发送微小的声脉冲，以增强慢波的振幅并改善记忆过程。

由法国初创公司开发的 Dreem 头带能识别不同的睡眠阶段，改善记忆过程。

我们已经见识到，在睡眠中学习的梦想似乎不再那么遥远。毫无疑问，会有那么一天，或更确切地说，会有那么一个晚上，每个人都能控制自己沉睡的大脑，在毫无意识中学习。

撰文 Marie-Catherine Mérat

编译 周玉府