第三章 大脑：记忆的基础

第三章
大脑：记忆的基础

如果你从南面进入麻省理工学院46号楼，会看到一个牌子，上面写着“皮考尔学习与记忆研究所”。如果你从大楼的侧面绕过去，从北面进入，在你的头顶上又会看到另一块牌子，上面写着“麦戈文脑科学研究所”。一幢大楼里如何能容纳两个独立的研究所呢？如果你发现了这幢楼上的一个连桥结构，也就能够理解了。连桥横跨大交汇口铁路，这是一条长达8英里的单轨标准轨距铁路，是大波士顿南、北通勤铁路线的一个孤独而纤细的连接点。为了让下面经过的列车顺利通过，大楼的两侧从第三层开始交汇，这一层是一个广场，琉璃瓦结构，回荡着火车的呜呜声。广场上方高耸着一个中庭，每层逐渐加宽，就像一个倒着的塔庙。这里阳光充足，能够照射到各个角落，麦戈文研究所和皮考尔研究所的科学家们可以在这里互相挥手致意。中庭上面也没有承受什么重量，这也是修筑空中建筑的要求。凝视着玻璃屋顶，让人很容易忘记中庭的地板和墙壁的大部分都悬在空中。实事求是地说，每个研究所都有能力独立存在，但当它们连接在一起时就是一个整体，在形式和功能上都是独一无二的。46号楼的存在只为表达一个目的：弥合鸿沟。

认知科学是多个领域的集合，但这些领域之间又存在着相当大的差距。皮考尔研究所主要致力于细微层次的神经科学研究——大脑的单个突触和细胞。想要从皮考尔研究所研究的主题转到麦戈文研究所的科学家们现在研究的主题，你必须把视角拉远，而且要拉得非常远才行。麦戈文研究所的科学家们主要致力于绘制由三维像素（即体素）组成的大脑数字图谱。每一个单独体素中所包含的突触数量和一个9洞高尔夫球场上的小草数量一样多。大脑奥秘无穷，其中的许多奥秘，包括有关学习和记忆的许多未解之谜，就需要从这两个研究层面寻找答案。根据皮考尔研究所基础层面的研究，我们至少从理论上了解了突触是如何进行编码和保留信息的；根据麦戈文研究所的科学家及其同事在体系层面的研究，在肉眼可见的大脑各部分中，我们了解了大脑中涉及记忆形成和回忆的区域。极少数情况下，我们甚至能知道专门承载某些类型记忆细胞群的所在位置。至于介于这两个研究层面之间的问题，如哪些特定细胞编码哪些记忆、这些特定细胞是如何被选择的、一种记忆和另一种相关记忆之间的分界线是什么，这些问题目前由于缺乏研究工具和方法，还没有准确的答案。

事实上，所有的认知科学都是这样的，它是一个巨大的未知世界，时不时地会出现一些科学前哨。就拿46号楼作为例子，假设我们把46号楼朝一边推倒，想象一下，皮考尔研究所面朝下倒在大街上，而麦戈文研究所拔地而起升入空中，空中散落着泥土、杂物和殖民时期的陶器。这样认知科学学科的两个研究层形成垂直结构，这时让我们一起给这两个层次的上面和下面分别添加更多层次。在地下室层，也就是现在位于底层的皮考尔研究所之下的空间，我们可以增加一个致力于遗传学和基因组学的研究层，因为基因组对人的神经发育影响巨大。遗传学研究工具与皮考尔基础层面研究的某些方面重叠，比如光遗传学实验。但是，我们在理论上所了解的几个或者更多基因的作用与实际中这些基因是如何组合成一个活神经元之间还存在巨大的认知鸿沟，有待我们去填补。

从地下室层往上，就是皮考尔研究所所在的这一层，这层的科学家们采用细胞生物学和基础神经科学技术进行研究，有时也用这些研究方法探测皮考尔研究所和麦戈文研究所之间未知的领域，试图弄清楚特定神经元在大脑中的特定作用，但这是一个极其艰苦和昂贵的过程。以神经科学家团队为例，他们在2015年以果蝇为试验对象所取得的研究成果与埃里克·坎德尔在海蛞蝓试验中取得的成就非常相似，但在果蝇的大脑中，这一体系则更为复杂。他们从果蝇的大脑中分离出了一个关键突触，在特定的学习过程中，这个突触会变得非常强大，这的确是一个惊人的发现。然而，目前迫在眉睫的目标是需要描绘出一个完整的神经回路特点，能够全面阐释果蝇从受刺激到形成新学习行为过程中的变化，但是这一目标仍然遥不可及，虽然科学家们已经绘制出了果蝇的整个神经连接网络图，但是对其神经回路的特点仍无头绪。科学家们仍需要一点一点地浏览这幅“接线图”，观察是哪个突触起到了关键的作用。

从事此项研究的希杰俊英说：“我希望在我的有生之年，我们能够弄清楚从感官输入到行为输出的所有神经回路的情况。”希杰当时37岁。

所幸的是，科学家们正致力于从两个方向同时缩小这方面的鸿沟，皮考尔研究所从细胞层面的研究向上延伸的同时，麦戈文研究所也从系统层面的研究向下探索。麦戈文研究所科学家们所使用的研究工具是功能磁共振成像扫描仪：和你在医院见到的甜甜圈形状的共振扫描仪一样，是一种强大的磁性诊断工具，可以检测大脑中富含血液的区域——富含血液是大脑局部活动的表征。利用这项技术，科学家可以精确定位此时此刻正被使用的大脑区域，大致可以精确到立方毫米，而细胞神经科学家们认为这种精准度仍然过于宽泛。但是鉴于我们的头部含有超过100万立方毫米的脑组织，对于研究整个大脑或大片区域的系统科学家来说，功能磁共振成像扫描仪能提供如此精确而广泛的覆盖范围简直堪称奇迹。

认知科学的研究仍在继续向上，甚至超过了麦戈文研究所所在的层次。在这里图像工具逐渐让位于各种各样的心理学、社会学、人类学，以及经济调查等方法。高层之中，知识鸿沟仍然存在。例如，认知心理学家不断向下挖掘，剥离混杂的各种变量，以便探究思维的运作原理；而从系统层面研究大脑的科学家，则不断向上探索，试图理解心理学家所看到的，并从神经解剖和功能的角度来说明哪些表面现象的根系更深远。间隔效应之所以能够引起科学家们的兴趣，主要是因为其深度，它的“根须”可穿透大脑中可见和不可见的区域，一直延伸到突触以下的层面。除此之外，还存在一些其他因素，它们虽然根系较浅，但仍然能够使你获得学习的机会或剥夺你学习的机会。

100多年前，桑代克就提出，一个人的知识是由一个不断膨胀的网络中相互联结的个体记忆组成，仿佛当时他透过魔法水晶球，已经预见到了今天皮考尔研究所正在研究的对象：由增强或削弱的突触组成并相互连接的细胞群。只不过他没有预料到的是，所有上述关于突触层面的研究，对研究学习何时发生、如何发生同样重要。

现在，我们对位于中间层次的研究颇为了解，也清楚这些层次中可能出现的学习障碍以及应对方法。我的使命就是帮助更多人与学习建立终身关系，并不断扩大“谁值得教育投资”的概念。我发现有两套体系的研究尤其具有发展前景：一套体系是与大脑中记忆存储的物理结构有关，而另一套体系与学习的基本动机，如好奇的大脑、如何与存储的记忆相关联等有关。这两套体系都在麻省理工学院麦戈文大脑研究所被循环研究了多次。我们来研究一下这两套体系，看看能有怎样的结果。

瑞士军刀式大脑

过去几十年中，成千上万的研究者致力于系统神经科学的研究，这些研究对我们理解学习的本质起到了重要作用。我将重点介绍其中的两位，都是麦戈文研究所的科学家，他们提出了大脑高度分区的观点——一种适用于由内而外、以机械法促进学习的模型。

巧合的是，这两位研究员都是有趣之人。

如果你和约翰·加布里埃利交谈过，你可能会注意到一件事：他的目光总是平视的，头一动不动，两眼一直盯着你。这可能是他在麦戈文研究所的地下室里在自己身上做实验时养成的习惯，他不断用功能磁共振成像仪的脑部扫描仪扫描自己的大脑。他看着你时，就好像他的大脑里正在精心地组织着什么，不容出现一丝紊乱。至于想得的是什么，只有他自己知道。

也许加布里埃利最知名的成就就是他对成像技术的开创性应用，他的目标是研究特定的神经系统疾病以及一些更基本的问题，例如记忆和学习的机制，他的研究成果极大地充实了我们对记忆和学习的理解，同时也使事情更加复杂化。

研究表明，关于记忆的联想比我在前一章中讲的还要丰富得多。还记得香蕉的气味吗？简单地说，大脑的联络皮质（我们目前还不能确定香蕉的气味、外观以及说或写这两个字时相关联络皮质所在的区域）相当于一个未分化的突触群，不加选择地将记忆全部存储下来。想象一下，一个邋遢的私人侦探的办公室，到处堆放着乱七八糟的文件，只有它们的主人知道在哪里能找到它们，这就是未分化的突触群的样子。确切地说，这种描述并没有错，只是已经过时了，这是20世纪上半叶记忆研究领域中的主导理论。虽然卡尔·拉什利在20世纪20年代提出了这一理论，但他在20世纪40年代又花了大量时间反驳了这一理论。他通过有系统地切除实验动物的大脑，期望找到留下记忆痕迹的位置，然而，他的努力均徒劳无功。“在回顾定位记忆痕迹的实验过程中，我有时觉得……学习根本就是不可能的，”他在1950年写道，“然而，虽然存在着种种悖论，但是学习的确是发生了。”

人们第一次发现大脑中存在一个专门的存储系统得益于一位名叫亨利·莫莱森的人，只不过在他2008年去世之前，人们只知道他名字的首字母“H.M.”。莫莱森患有严重癫痫症，为了缓解这种症状，1953年神经外科医生决定放手一搏，从他的大脑中央两侧切除了引起病症的部分，同时也切除了他的大部分海马体和周围组织。事实证明这种治疗方法十分有效，但付出了可怕的代价。他醒来后，进入了一种“永远的现在时”状态，即无法形成新的长时记忆，这种状况一直伴随着他漫长的余生。看过电影《记忆碎片》的人应该熟悉什么是短时记忆遗忘症。正是莫莱森的悲剧性结局改变了记忆研究的科学。一开始，由麦吉尔大学的布伦达·米尔纳领导的研究团队着重研究了莫莱森无法形成新长时记忆的原因，让神经科学家们认识到海马体及其周围组织对巩固长时记忆的重要性。[1]但是由于莫莱森仍然保留着年轻时的记忆，因此海马体不应该是长时记忆的最终安歇之地。于是研究人员假设，短时记忆一定是以某种方式通过海马体，经历某种转变后被带到别处永久地存储起来了。

大脑的记忆系统中存在一定程度的分工，这一点到了20世纪50年代末越来越消晰，但是其系统化的程度仍然是个谜。在没有其他证据的情况下来看，记忆系统的组织方案似乎很简单，就只有两大类，即“短时记忆”和“长时记忆”。

然而，很快，这两种类别开始分裂繁殖，就像显微镜下的细胞分裂一样。对莫莱森大脑的研究重点开始从他不能做的事情转到他还能做的事情，研究结果同样具有启迪作用。研究证明，他有能力提高自己的某些运动机能，比如让他对着镜子里的影像在纸上描画一颗五角星。虽然他永远不记得自己曾经从事过这项奇怪的任务，但他的技能确实逐渐提高了。最后，在经历了无数次被遗忘的描画星星的练习后，莫莱森惊呼道：“噢，这也没有我想象中的那么难嘛。”

科学家们所做的这些研究，结果就是曾经被认为是单一的长时记忆，现在却一分为二。莫莱森的那种有意识但很快又忘记的记忆，如新事件、新词汇、新的个人经历，现在被归为外显记忆的范畴。相对而言，仍然保留在莫莱森记忆中的一切，则被称为内隐记忆，如坎德尔在海蛞蝓试验中展示的那种经典条件反射作用，以及我们的一些运动和知觉技能，如骑自行车、弹钢琴、快速阅读一样。

内隐记忆并不是一个新概念，确切地说，只是一种新的解释。19世纪时，涌现出许多关于失忆症的故事。例如，有一位英国妇女，因为溺水差点被淹死，得救后却得了失忆症。后来她学会了制作衣服，但是每一天上班对她而言都像第一天。还有一位47岁的妇女，由于酗酒而患上健忘症，在与瑞士心理学家艾德华·克拉帕雷德握手时，被藏在他手中的大头针刺痛。事后，那位妇女虽然忘记了曾被大头针刺痛这件事，但还是拒绝在再次见面时与他握手。

现在，通过对这些失忆症的历史轶事以及我们身边常见行为的观察，各种对记忆的解释出现了。比如，相较于骑自行车这项技能，我们更容易忘记钨元素的原子量是多少。一旦理解了不同记忆分储于大脑中的不同部分，也就更容易理解不同记忆在大脑中保留的持久程度不同的原理。例如，1994年的一篇论文中揭示，即使整整休息了一年之后，莫莱森描画五角星的能力仍在不断提升。这就像骑自行车一样，一旦学会了就不会轻易忘记。

那篇论文的第一作者就是约翰·加布里埃利。从20世纪80年代中期到90年代中期，加布里埃利和他的博士生导师，即已故的麻省理工学院著名教授苏珊·科金，一直致力于莫莱森的内隐记忆研究，并对他的大脑能记住什么以及不能记住什么列出了一个长长的清单。随着内隐记忆中的一种新形式，即启动效应的出现，他们的研究结果再次受到重视。启动效应可用于探索潜意识记忆联想。[2]在一项具有代表性的关于启动效应的研究中，研究人员在测量受试者对某个问题的记忆程度时，给予受试者一定的提示，如说一个词或写一个字，或者其他刺激，几分钟、几小时后再次提问同样的问题，受试者回答问题时就会相对轻松。想象一下，我让你学习一长串术语，并提醒你里面有“meter（计量器）”这个词，在你可能忘记了这个特定的提示之后，我让你从下面两个单词“meter”或“melon”中选出正确答案补全这个单词“m e _ _ _”。如果大部分人选择了“meter”这个答案，就可以视其为启动效应的一个实证。研究人员假设，在你的脑海中始终有一条路径指向“meter”，这种持续的偏向性导向就是大脑中存储的信息在起作用，即记忆的作用。

这类研究最大的缺点是，即使在最精心设计的实验中，研究人员也永远无法真正判断出哪些结果是由启动效应引起的，哪些结果是由所剩不多的外显记忆碎片引起的。不过，像莫莱森这样没有外显记忆的健忘症患者却解决了这个问题。当启动效应在莫莱森身上呈现时，那一定是货真价实的启动效应。

加布里埃利一直致力于这方面的研究，他所研究的记忆的类型也在不断增多。事实证明，莫莱森具有启动记忆的强大能力，这是那些患有其他记忆缺陷的人无可匹敌的。例如，莫莱森可以通过某种方式启动记忆，大概完成“连点成线”类的谜题，而阿尔茨海默症患者却无法做到这一点。加布里埃利以这一发现为例，证明了单词记忆和图像记忆之间存在着一些未知但巨大的差异。

就在加布里埃利的博士课程结束时，又出现了一些更新、更精确的研究工具。1991年11月，《科学》杂志的封面上刊登了一幅电脑生成的插图，是一张极其丑陋的光头图像。光头的后颅骨上少了一块薄骨，就好像他在后倾时不小心被飞机螺旋桨削去了一块似的。大脑中的几个区域暴露在外，发出橙色的光。这是第一张符合人类视觉的大脑活动功能性磁共振成像图，这张图掀起了一场科技革命。功能性磁共振成像的前身是正电子发射型计算机断层显像（Bsitron Emission Computted Tomography, PET），PET拍摄几毫秒长的神经颤动需要花费长达数分钟的曝光时间，这无异于用内战时期的相机拍摄蜂鸟颤动的翅膀。相比之下，功能磁共振成像曝光只需一秒钟就能完成（此外，与PET不同，这种技术无需对试验对象注射放射性物质）。随着这项技术的优势日渐明显，脑科学家们甚至声称要在本地医院的功能磁共振成像机器上扫描时间。

像许多年轻的脑科学家和神经科学心理学家一样，1991年受聘于斯坦福大学的加布里埃利决定掌握这项新技术。有了这项技术，研究那些遭遇脑损伤的患者就会轻松一些。功能磁共振成像研究员将受试者推入扫描仪中，并给予他们的大脑以不同刺激后，形成了一幅高度有序的大脑图，这与过去那个杂乱无章的办公室模型形成了鲜明对比。很快科学家们发现，大脑中有一些感知区域只对特定类型的刺激产生反应。加布里埃利在麦戈文研究所的同事南希·坎维舍发现了其中一个，可能也是最引人注目的一个区域。

20世纪80年代，坎维舍和加布里埃利是同一个研究生班的同学，现在，他们又是麻省理工学院同一个系的教授。和加布里埃利一样，坎维舍在神经科学研究中的独到见解，也引起了科学家们的兴趣，只不过和加布里埃利受关注的原因不同，她之所以被关注，首先是因为在她的头皮上隐藏着令人难以觉察的纹身。

在研究经颅磁刺激（一种用磁场刺激大脑的实验技术）初期，坎维舍认为探索大脑的秘密需要从外部进行标记，于是，她让一名研究生在她的头颅上用不同颜色的圆点和一些只有在黑光灯[3]下可见的圆点精心地勾勒出了大脑的图形，打算找纹身店把这个图形纹出来。当时纹身店在马萨诸塞州是非法的，所以他们只得前往罗得岛州的普罗维登斯。在那里，一个强壮的、全身都是纹身的艺术家精确地完成了这个纹身任务。现在回想起来，坎维舍笑着说：“那都是20年前的事了，这种做法并没有达到我预期的效果。虽然没起作用，但是很有趣。”

在此之前，也就是20世纪90年代初，波士顿的许多年轻科学家都迫切需要使用功能磁共振成像扫描仪，坎维舍就是其中之一。她面临着巨大的压力，因为她的研究经费不足，而核磁共振成像设备的使用费用又十分昂贵，此外还有许多竞争对手争相和她抢夺马萨诸塞州总医院的功能磁共振成像设备的使用权。因此她需要尽快得出重要结论。她期望寻找大脑中专门负责形状识别的视觉识别区域，但是她从扫描仪里什么也没发现。于是，她深入研究了许多有关大脑右半球后部一个区域的相关文献，并认识到该区域一旦受损，人们就会失去面部识别的能力。

她后来回忆说：“我以前从来没有研究过面部感知，因为我一直认为面部感知只是一个特例，不如物体感知那么重要。但是我意识到我不能再浪费时间，必须要研究出点什么来，于是我开始研究面部感知。”她开始潜心研究，不夸张地说，她经常自己钻进功能磁共振成像扫描仪中，一遍遍地测试自己的大脑对脸部和其他各种视觉刺激的反应。她在成像仪模拟的成像图中发现自己大脑的右半球后部有一个区域闪烁着希望的光芒，之后，她又在其他人的大脑中发现了这一区域，她终于兴奋起来。如果这一区域（称为梭形面部区域）真的对面部识别起到至关重要的作用，那么大脑感知系统中可能还存在着其他类似的区域，这些区域甚至可能在大脑中占主导地位。她后来写道：“这一发现符合更广泛的观点，即大脑不是一个通用的设备，而是由一套独特的组件组成，其中一些组件专门用于解决一些极为具体的问题。”

坎维舍直到1997年才对梭形面部区域进行了描述，这时距功能磁共振成像的功能首次显现已过去了很久。之所以花费了这么长时间，主要是因为个体大脑之间存在差异。人身体内部结构的差异与外部的差异一样大，大脑也不例外，特别是你想在不同的人身上找到同一个微小的大脑区域时，更是困难重重。多年来，人们根据研究已建立起一些体系，能够系统性地描述大脑中各结构的位置，其中包括一个类似经纬度的坐标系统，但由于人与人之间存在个体差异，即使相同的结构也会出现在不同的坐标上。坎维舍及其他科学家（同年有几个科研团队都分别涉足了这项技术）弄清楚了如何从功能上定位大脑区域。如果从功能上来定位，波士顿的位置就不是42.3N，71.1W，而是“查尔斯河口附近人们生活的一个地方”。同样，坎维舍不是通过梭形面部区域的神经GPS坐标来定义梭形面部区域的，而是将其定义为梭状回中的一个区域，[4]这个区域对面部的辨识能力远远超过对可控刺激的辨识能力。

如果你找到了研究对象大脑中的这个功能区，就可以问一些问题了。比如，这个区域是对倒着的面部有反应，还是对没有眼睛的面部有反应。这样，你就可以将目标锁定在大脑系统中用来认知世界的过滤器上。有了这种新的观察方式，曾经因个体差异而被掩盖的高度专门化的大脑区域，慢慢从影像数据的迷雾中浮现出来，如一只走出迷雾的大猩猩一样。

关于坎维舍的大脑，我又想到了另一件值得一提的事，也同样具有启发性。2015年，她被诊断出患有淋巴瘤，不过最后完全康复了，但是在化疗期间，她掉了许多头发。她决定变损失为机会，对着视频在自己的头上绘图并讲授大脑的新功能解剖学。坎维舍把这个视频传到YouTube上后，点击量超过200 000次。她指着身后大屏幕上旋转的大脑3D模型，大脑中许多专门负责某种职能的区域在模型中凸显出来。“这些区域在大脑的哪些地方”她对着镜头问，“有这么多该死的头发挡着可不好找。”说完，她抓起一绺头发，一剪刀把头发剪掉了。快进一分钟后，只见她坐在转椅上，头上光光的，完全没有了头发，她的研究生围着她转来转去，用黑色、红色、蓝色、紫色和绿色的笔在她的头皮上画出标准的解剖区域。这些区域就是坎维舍大脑中功能区的具体位置，是在她发现梭形面部区域后逐渐发现的。

大脑中似乎存在着一整套这样的感知功能区，其中许多分布在大脑的一侧：有的区域专门负责音乐，有的负责身体躯干，有的负责其他部位。从进化的角度来看，大部分专门负责区域都能让人产生直觉。想象一下，你连想都不用想就知道一张面孔是否是你认识的人，或者一个飞来之物是否会对你构成威胁，这何尝不是一种优势呢？我们的祖先可能曾在进化的过程中从这类视觉过滤器中受益，所以专门负责面部识别的过滤器究竟是出于本能还是出于经验产生的，目前科学界中还存在着激烈的争论。

然而，有一个功能性认知区域不可能是天生的，因为引起这一区域产生反应的刺激，是5 000年前才出现的。紧挨着梭形面部区有一个很小的区域，叫做视觉词形识别区，通俗地说，就是“大脑的信箱”。科学家们认为，这是大脑的一部分，能够对字母进行瞬时识别。大脑中竟然存在着这样一个特殊区域，更令人惊讶的是，这一区域的位置是固定不变的，除非患有严重的疾病，这一区域的位置不会因人而异，也不会因文化和语言的不同而改变位置。

“为什么这个区域会在这个位置，”坎维舍不解，“这说不通啊，不是吗？5 000年前并没有人类阅读的进化史，这一区域为什么对谁而言都会在大脑的同一个地方？”

与信息存储杂乱无章的办公模型截然不同，高度具体的记忆类型，如，字母的形状，代表特定文字的发音以及有意义的小字母组，应该储存在一个特别具体的位置。如果情况不是如此，或者“信箱”和其他重要语言处理区域之间的联系异常，那影响应该是重大的。

诵读困难症就是个最常见的例子，它是指对单个单词层面的阅读存在障碍。随着20世纪90年代渐渐远去，“大脑的信箱”和其他阅读区域的作用不断显现，系统神经学领域的科学家们也将注意力转向了这方面的研究，就连约翰·加布里埃利也不例外。

患有诵读困难症的大脑

20世纪90年代，加布里埃利的大部分时间都是在斯坦福大学里度过的，他研究了所有有关大脑成像的技术，并专注于记忆方面的探究，特别是记忆与医学交叉的领域，如阿尔茨海默病、健忘症、精神分裂症、帕金森病、亨廷顿病等患者的记忆情况。一直以来，还有一个非医学领域研究一直让他兴趣不减：阅读行为。这也是他对莫莱森研究的一部分，一直延续到了20世纪90年代末和21世纪初，许多阅读行为所涉及的功能解剖学的基本规则都已清晰明了。

科学家们对脑损伤患者以及在手术期间大脑受过电刺激的患者进行的研究，早就暗示了大脑中存在着专门区域负责语言的产生、语言的听觉识别和视觉词汇识别。然而，这些早期发现（可追溯到1861年的一个研究案例）却无法告诉我们这些区域是如何协同工作的。到了20世纪80年代和90年代，大脑成像技术改变了记忆科学的研究，使人们能够直观地追踪各区域之间的联系，加布里埃利一直利用启动效应探索这些联系。例如，在研究单词的听觉处理过程中相关区域之间的联系时，研究者们曾经要求失忆症患者在同音词之间进行选择。比如，开头词是“taxi”（出租车），患者们会给这个词后面搭配“fare”（交通费用）还是“fair”（公平的）？ [5]而现在有了功能磁共振成像技术，研究人员可以给受试者一个书写的或口头的名词，当他们默读或大声朗读，抑或用相关的动词回应时，用成像扫描仪扫描他们的大脑寻找活跃的区域。综上所述，这些研究说明人们已经开始研究文字和口头信息是如何在大脑中发生改变的复杂流程图了。

关于这张流程图，我们首先需要了解的是，流程图中存在几条平行路线。我们用一个简单的文字试验一下，比如花生（peanut）这个词。想必，当你读到这个词时，脑海中就会浮现出许多联想：豆科植物的外观和味道、棒球、花生先生[6]等。

那么，你的大脑是怎样从纸上的文字跳到与花生相关的思维中的？文字的图像是通过视网膜进入大脑的，视网膜会对图像进行一系列基本的视觉处理。大脑对文字的各种形状进行识别后，有选择性地激活一条通向大脑信箱区域的通路，该区域对收到的信件进行过滤，识别哪些信件是即时信件以及给信件排列顺序。大脑信箱区域能够有效地区分外观相似但不同的字母（如C和G、i和j），但是会将外观不同但其实相同的字母（g和G、a和A）绑定在一起。大脑信箱不会区分手写体和印刷体，也不会区分字体大小。总而言之，这个信箱会将输入的字母形状、线条转换成抽象的字母，然后再将其分成几个小组，主要是与字母发音相对应的字素（最小的、数量最少的区别性单位，在peanut中有5个字素：p-ea-n-u-t以及两个词素（文字中承载意义的最小单位，peanut一词的词素是pea和nut）。经过这些处理步骤后，信箱会通知大脑进行下一步活动，这些活动是沿着两条路线齐头并进的。虽然两条路线是同时进行的，但是其中一条路线承担了大部分活动，具体是哪条路线取决于你读的是什么字。如果你读的是一个熟悉的单词，比如peanut，那么大部分活动都发生在“深层”阅读路线上。在这条路线上，纸上的字母与对应单词含义的细胞群进行相对直接的交流——这些细胞群主要位于大脑中一个叫作语义词典的分布式网络中。

另一条是“表层”阅读路线，与深层路线相反，这条路线不会直接通向语义词典，而是会在耗费更多时间后才到达语义词典。首先，值得一提的是，关于记忆在阅读中的作用，我们还有不清楚之处。如，我们还不知道所给信息在语义词典中的位置。面部识别也是如此，我们不知道表示面部实际情况的记忆藏在哪里。“假如我现在闭上眼睛，想象妈妈的脸。霎那间，她的样子就出现在我的眼前，”坎维舍说，“但是有关妈妈面部信息的记忆究竟存储在哪里？我们到现在还没有弄清楚，我感到羞耻！我的意思是，我已经研究了近20年，可这仍然是个迷，我感到非常尴尬和羞耻。但我确实没有找到答案，这个领域中目前也没人找到答案。”

不过，我们所知道的是，每个功能区都会因专门负责的刺激而选择性地活跃起来，一旦这些区域受损，往往就会形成特定形式的“盲区”。如果梭形面部区域出现机能障碍，就会引发人面失认症，又称“脸盲症”，无法识别和区分不同面孔。如果大脑信箱受损则会引发诵读困难症，也就是“失读症”，一个人无法获得阅读的能力。虽然我们还不知道面部表征和词义的记忆储存在大脑中的哪个具体区域，但是处理输入的面部和文字信息所需的认知过滤器可能就储存在各自功能区域的模糊边界内。处理文字的过滤机制一定是后天习得的，而不是天生的，因此，在大脑信箱里很可能存在一个存储特定记忆类型的区域。这样杂乱无章的办公室记忆组织模型消失了，取而代之的是与坎维舍称之为“瑞士军刀”模型相似的理论（大脑中充满了执行特定功能的特定工具）。在大脑信箱中，记忆本身就成了一种工具。各种模糊不清、相互联系的记忆被打磨成一把手术刀，不管你的母语是什么，这把手术刀总在同一个地方出现，把形状信息转化为抽象信息。实际上，你读过的和随后记住的一切都是用以前的记忆打磨而成的工具构建出来的。如果你费力地回忆，那么整个建立在记忆结构之上的记忆就会显得非常不确定，因此你在进行过度脑力运动之前一定要三思而后行。

事实上，你的直觉并不会完全错误，因为在任何复杂的系统中，总有些问题是突如其来的。因诵读困难症而导致阅读困难的儿童中，有5%~12%的孩子很快就会意识到自己的语义词典比同龄人应有的语义词典稀疏。因此，他们童年时期在阅读方面会感到越来越困难，那些需要通过阅读而习得的知识对他们来说也越来越困难。导致诵读困难症的原因有多种（实际上是多种阅读障碍），但多数病例基本都是因为大脑中那条长长的物理路线非正常发育导致的，即连接遥远的语言处理中心的那条信息高速公路出现问题。奇怪的是，在阅读障碍中受影响最大的阅读路线似乎并不是从大脑信箱到语义词汇的深层阅读路线，而是我前面提到过的那条迂回曲折的表层路线，这条路线首先导向负责音节和单词发音的区域，然后才进入意义区域。如果你没有诵读困难症，那么当你第一次遇到一个新单词并说出来时，这条路线会立即发挥作用。当你刚开始学习阅读时，这种情况会经常发生。之后就无需听觉的介入，阅读也可以自动地进行。

然而，在发展性阅读障碍的例子中，情况则不同。人们从认知科学的心理学层面已获得了一些线索。例如，有的患有诵读困难症的人，在阅读单词“game（游戏）”时，可能会省掉“g”的音，有的则可能很难读出杜撰的单词。我们利用系统神经科学领域中的工具，就有可能从解剖学的角度看到这些情况出现的位置。

2000年，加布里埃利加入了瑞典认知神经学家托克尔·克林贝里领导的研究团队，准备通过一项新技术来解决这个问题。这项新技术就是弥散张量成像技术，这是功能磁共振成像的一种特殊形式，可以分析水分子的可预测随机运动的非随机趋势，例如神经轴突小管中水分子的运动情况。1994年神经科学领域引入这项技术后，我们对大脑皮层各区域之间相互连接的研究情况取得了突破性进展。我在本章中已经探讨过大脑皮层——几乎所有与大脑相关的东西都集中在这里。它主要由一层薄薄的神经元细胞体组成，这层薄薄的神经元细胞被称为灰质，覆盖整个大脑表面。正如坎维舍在她的视频中所展示的那样，大脑皮层的大小和厚度与一个大比萨饼相差不多，大脑表面的褶皱有助于整个“比萨饼”与你的头盖骨完美契合。皮层下面的组织叫作白质，是由少量的神经细胞体和大量的长管状轴突组成，这些轴突就像一个接线总机，把不同方向的灰质群连接起来。利用弥散张量成像技术，科学家们能够绘制出白质轴突的图像，从图像中可以看出的确是轴突连接了大脑中负责与阅读相关的任务的各个区域。加布里埃利研究小组于2000年发表了一篇论文，其中揭示了一种奇怪的现象：患有诵读困难症的大脑中有一条超长距离的白质通路，明显与阅读有关，却异常紊乱无序（比你想象的更混乱、分支更繁杂）。2005年在加布里埃利加入麻省理工学院麦戈文脑科学研究所后，他和其他科学家一起在此方面又进行了一系列后续研究。就目前的研究结果来看，大脑中存在4个主要的可疑白质通路，其中两个基本上贯穿整个大脑，在患有诵读困难症的大脑中比较混乱。其中一条通路被称为“左弓状束”，它与语音意识密切相关，能够从心理操纵口语的发音，这是阅读表层路线中的一个关键部分。

加布里埃利曾经的博士后学生、现在的合作者——哈佛医学院和波士顿儿童医院教授纳丁·加布解释说：“这条通路实际上将阅读网络的后部与前部连接起来了，这一点十分有意思。”这些区域之间的信息流是实现阅读能力和阅读理解的必要条件。信息流如果出现异常，可能就是导致诵读困难症诸多表现的潜在原因。

探究根源

导致诵读困难症的原因除了大脑肌肉组织紊乱外，加布里埃利和其合作者还提出了另一种可能性。从诵读困难症所出现的症状以及相关成像结果来看，这种症状可能与突触可塑性这一深层问题有关。上一章我们讨论过，大脑具有选择性增强和削弱突触的能力。在这一假设中，这个看似普遍的、系统性的问题之所以只会影响阅读能力，是因为我们做的所有事情都对阅读有着很高的要求。加布里埃利和其论文合著者写道：“人类的其他任何行为，在协调多模态感知表征和认知过程方面的要求，都没有阅读对其要求那么高。因此，对其他行为有潜在损害的一般性神经功能障碍可能对学习阅读有实质性的损害。”

大脑中有多个障碍因素影响着我们的阅读能力，而且只对阅读能力有影响，这不免让人感到奇怪。毕竟，阅读能力并不是我们人类进化而来的能力。在我们人类的发展历史上，近期才开始做的大多数事情，如板球、电子游戏、刺绣等，不是每个人都存在自己特定的学习障碍吗？

但是就阅读行为而言，存在如此之多能够导致障碍的因素，是因为阅读不是传统技能的新应用（而挥舞板球棒与挥舞木棒之间并无太大区别），而是对我们已有的神经设备的攻击。阅读行为远远超出了我们大脑结构的设计规范，如果我们的大脑也配有质量保证书的话，那么在阅读行为介入后，这份保证书可能就失效了。我们对大脑功能的挑战已达极限，以至于任何一种相关生物机制的损害或丧失都将危及整个大脑。

回到大脑信箱这个问题，越来越多的研究者发现，之所以它在大脑中的位置如此精准，是因为它不可能存在于其他任何地方。字母检测感知过滤器只可能位于携带形状相关信息的纤维区，这些信息来自眼睛从连接表层阅读路线和深层阅读路线的区域接收的形状信息。2016年，一个庞大的科学家团队（成员有加布里埃利、加布和坎维舍）对大脑信箱位置始终不变这一神秘现象给出了近乎明确的解释。通过对比识字前和识字后儿童大脑中的连接模式，他们发现，只有识字后的儿童大脑中才有信箱区域（记住，大脑信箱和梭形面部区域一样，是从功能上进行定义的，因此只有你学会阅读后才会出现），研究小组表明，年幼儿童大脑中出现的这种连接，预示着几年后大脑信箱出现的位置。他们在论文中写道：“特定皮质区域有什么样的功能，可能是由其连接情况决定的。”

换句话说，很久以前进化的、能够识别形状的皮层，也就是大脑信箱在大脑中所选择的据点，是一种高度专门化的神经机器，专为附近区域转化视觉形状信息。事实上，这种设置非常特殊，以至于有一个学派甚至认为，可能早在我们的大脑接触并适应文字信息输入过程之前，历史已经为我们选择了符合我们大脑严格要求的文字。在这一理论中，几乎每一种文字（包括带有字符的文字）所包含的线条形状列表都非常短，原因很简单，这些是我们的视觉处理系统可以快速并自动解析的形状。法国认知神经科学家斯坦尼斯拉斯·迪昂写道：“阅读本身就是朝着适应我们大脑回路的形式逐步进化的。”

这些回路虽然专门性很强，但也不要误认为它们就完全没有灵活性。患有诵读困难症的孩子，如果能被及早发现就可以缓解症状。诀窍就是在所有孩子学习阅读之前，先找出可能患上诵读困难症风险较大的孩子。随着对诵读困难症中语言和听觉处理能力了解的深入，我们可以确定学龄前儿童中哪些孩子能够通过相关测试等专业干预改善诵读困难的问题，如询问孩子两个单词是否押韵或要求他们连续快速地说出一系列图像的名称等测试。现在，为了更早地发现儿童存在阅读障碍症，加布里埃利研发了一种电脑应用程序，可以把这种测试设计成与动物园里的动物相关的游戏。这个应用程序的主界面是一条森林小路，看起来就像波士顿儿童医院窗外的公园景色。

无疑，大脑，尤其是年轻的大脑，能够克服诵读困难带来的挑战，但是这些策略运行的机制仍然是个迷。最直接的解释是，这种练习增强了解剖结构的突触，否则突触活跃程度就比较低。加布里埃利说：“但是我们在患有诵读困难症的患者大脑中也经常能看到明显的通路增长，只不过是发生在右半球，而不是在负责阅读的特定半球。”这种发育情况说明信息在大脑中的传输路线发生了改变。“人们认为这可能是因为你在打通左半球的阅读通路时，意外地打通了另一条路，”他说，“一些迹象表明，改善诵读困难症最好的结果出现在那些在大脑中开拓出了一条新阅读通路的孩子，而不是在大脑中调节行为特有通路的孩子。”

患有诵读困难症的学习者中也有一些人会靠自己的努力阅读在大脑中开拓另一条通路，但是没有专家的帮助，这种独立开拓的过程通常是艰辛且充满挫折的。他们大脑中左侧额下回有一个区域，与句法和语言相关，虽然经常处于过度活跃状态，但是也没有什么作用。迪昂写道：“这是一种勇敢无畏但毫无结果的努力。”但这确实也证明了许多患有诵读困难症的学习者所付出的艰辛努力。这种在系统神经科学层面明显可见的紊乱情况，阻碍了最积极的学习者，并且一再被人们证明这种情况与学习者的智力或学习能力无关。

这种情况并不是孤立存在的。阅读要求记忆和感知准确对接，但事实上阅读并不是唯一要求如此高的学习任务。人类的另一项学习任务要求也是如此，那就是数学。诵读困难症引起的学习障碍还有一个姐妹，被称为计算困难症。

“这个研究领域相对较小，也是一个较新的领域，在很多方面有点像研究了五年后的诵读困难症。”加布里埃利说。

“在患有诵读困难症的儿童中，多达40%的孩子也会发展成计算困难症，”加布说，“所以早期的发育机制中两者一定有重叠的部分。但我们对此仍然一无所知。”

计算困难症怎么能隐藏这么久？答案可能很简单，因为你可以以“数学不好”为借口掩饰自己的计算困难症，但是“阅读不好”却不能成为阅读困难的借口。“就算你不会数学，你也可以非常成功。”加布里埃利说，“你可以成为哈佛大学的英语教授，不需要任何数学知识。但是如果你不能阅读，你的日子就会很难过。”

随着神经科学家对诵读困难症和计算困难症的深入研究，关于这两种症状又衍生出一个重要问题，即在我们的标准化教育体系的历史中，究竟把哪些人筛选出来继续发展，哪些人被淘汰出局。简单地说，本世纪初关于智力和能力的各类研究并不是为了解决诸如诵读困难症之类的问题；而有关诵读困难症的问题，只有我们在认知大厦中再爬上一层才能得到解释。在这一层你不用再考虑记忆联想是如何形成的，而是要开始理解它们形成的根源。因此，自从现代学校的教育机制采用爱德华·李·桑代克的模板以来，诵读困难症一直干扰着个别学生的教育轨迹。我们也是最近才开始修改这些机制，使之更加宽容，比如延长学生的考试时间。据我们所知，计算困难症可能也有类似的影响，只是还未经诊断和确认。

系统神经科学周围的未知黑暗中是否还潜伏着什么？我们还能从现有的教育体系中挖掘出人类的什么学习潜能？什么是麦戈文研究所的科学家们已经感知到但是还未发现的？或者，从积极乐观的一面来看，哪些方面能让学习变得更人性、更有效、更具包容性并等着科学家们去挖掘呢？

准备学习状态

2011年，加布里埃利的实验室对上述中的一个问题进行了研究。同年，博士后研究员朱莉·刘带领一个团队对海马旁回位置区进行了研究，这是坎维舍和宾夕法尼亚大学神经心理学家拉塞尔·爱普斯坦首次发现的一个功能区，这个区域对方位和风景刺激的功能就如同梭形面部区域对不同面孔刺激的功能。朱莉·刘和加布里埃利团队的其他成员（包括加布里埃利的妻子，也是经常合作的神经学家苏珊·惠特菲尔德—加布里埃利）都希望弄清楚大脑中的活动模式是否可以用来预测“准备学习”的状态。这个悬而未决的问题困扰着远至桑代克时期的许多科学家。在桑代克提出的“准备律”中，他发现实验动物的大脑中似乎有一个奇怪的开关，通常“令人满意的”学习有时转而就会变成“令人讨厌的”行为。

通过功能磁共振成像对全脑的观察来识别大脑的“准备学习”状态是不可能的，因为大脑太复杂，需要观察的地方太多。但是功能区面积小，具有高度专门性，又为这方面的研究提供了难得的机会。研究小组将视线范围缩小到海马旁回位置区，让参加磁共振成像的受试者努力记忆和回忆一些风景图片，并监测其海马旁回位置区的活动模式。功夫不负有心人，这种方法得到了回报：研究小组确定了一个活动信号，可以预测研究对象对给定场景的记忆程度。

这项研究虽然是一项开创性研究，但几乎没有什么实际用途。理论上你可以在大脑中找到一个准备学习的状态，但你必须首先让学生躺在核磁共振成像机器中，再教会学生利用这种准备状态。不管怎样，这项研究的结果只适用于寻找记忆来源的地方，而不是记忆本身，因此这项研究无非是对概念的验证。“你能在大脑中测量出有助于特定学习的大脑功能状态吗？”加布里埃利问，“尽管这个目标听起来并不算远大，但以前从未有人研究过。”

不算困难的任务完成后，朱莉·刘换了一份工作，加布里埃利把研究重心转回了诵读困难症和其他疾病。然而，当我了解到这项研究后，被深深地吸引了。倒不全是因为大脑准备学习的状态有利于学习，而是因为既然存在这种学习准备状态，那么也就暗示了另一种状态的存在：未准备学习状态。严格地说，这种状态算不上大脑的一种混乱状态，但是这种状态可能会影响到每个人，未准备学习状态是一种威胁，就像诵读困难症一样，这种状态可能会使教育偏离正轨，其根源似乎也延伸到了认知科学的系统层面。不过，和诵读困难症一样，我们不必受其影响。

前面我说过，我在大学最后几年的学习成绩并不理想，部分原因是教学时间的安排不合理。然而，我现在认为这还与这一种特别顽固的未准备学习状态有关。我的这种状态在最后一个学期的某个特定时刻达到了顶点。记得有一次，我们的教授（这个领域里的领军人，在学校的教学质量也是数一数二的）给我们上了一堂课，是关于流体动力学和声速之间的关系。

从表面看，超音速流动这一概念其实并不复杂。基本概念就是当液体通过管道时，会发生部分堵塞，比如当你突然捏住浇花用的软管、打开管道中的控制阀时，管子中就会出现一个阻塞点，液体冲过这个阻塞点后会以极高的速度喷出。教授讲着讲着就转到了冲击波的话题，我知道冲击波，但我不明白的是为什么冲击波对与超音速飞机无关的设计也有影响。教授也隐约提到了“信息的反向传播”，但当时我还是不明白这之间有什么关系。

从那堂课结束一直到随后的考试之间，每当我打开课本看到这部分内容时，总觉到不知所云。我知道我应该想办法弄懂它，但是……我就是觉得两者之间没有什么关系。我认为我当时对这个知识存在心理排斥，就好像我的大脑找不到合适的方法理解这些新信息的重要性，因此就将这些信息归到了异物行列。

时间快进到我在北海工作的那一年。我所工作的钻井平台并不是永久建在海面上的，它是一个为了勘探而设计的浮式平台，一般就是将一根管子插入海底，对抽取出来的物质进行测量。地质学家能够根据最初抽取出的石油流的压力以及石油流逐渐变细的速度预测地下石油蕴藏的情况。按常理，压力越稳定，下面的石油可能就越多。但是这样测量出来的值可能并不准确，因为你所测量出来的变化可能是微乎其微的。此外你是站在一艘晃动的船艇上，船艇上装满了极其复杂的设备，我所在的钻井平台上，这些设备都完全是由没经验的甲板工维护的。

我在研究这个测量体系时突然顿悟，以至于差点掉进海里。当石油流向平台时，需要通过一个可关闭的节流阀。平台的地质学家在这个阀门的上游监测探井的压力，但阀门下游的压力波动有可能导致读数失真。为了避免这种情况，我和我的同事就需要去扼住水流，这样会导致原油流移动的速度超过水的声音的传播速度。正是此时，我突然顿悟。“声音”实际上是由压力波形成的，当你说话的时候，你其实就是在空中发出了一个高压和低压脉冲信号。声波（或压力波）通过石油柱向上游移动并到达地质学家的探测仪器处，这样的声波很容易使他们高度灵敏的读数仪器失真。但是，如果我们扼住水流，并且石油流出速度足够快，压力波就永远无法越过扼制点；这就像对着正在撤退的协和式超音速飞机[7]喊话一样徒劳。我意识到，如果你是负责测量压力读数的那个人，你也会意识到，流动的液体确实会携带信息。就像我的教授所说，如果阻塞处足够紧，信息是不可能反向传播的。突然间，我急切地想回顾当时所学的每一步，并找出我在大学时忽略的所有相关细节。然而，由于当时还没有万维网，我只得不断打扰周围资深的同事，向他们请教，所幸的是，他们都极具耐心。

后来待我平静后，我就想知道教授第一次给我讲这个原理的时候，我为什么无法理解。我无法理解的原因是什么？难道我的大脑里也有阻塞点？如果真有，又是什么打开了阻塞点的阀门？

好奇的大脑

1994年，卡内基梅隆大学心理学家乔治·洛文斯坦提出了一个理论，从一定程度上回答了我的问题。他认为，当大脑检测到它已有的知识和可能获得的知识之间存在差距时，就会产生一种并不是完全不愉快的感觉，即好奇心。

有一种好奇心，主要表现为对某一特定主题的长期迷恋，如《阿斯泰利克斯历险记》[8]、恐怖谋杀播客、体育新闻，诸如此类。洛文斯坦和跟随他的脑科学家们更想了解另一种类型的好奇心，即快速激发的好奇心。随便举一个例子，假设你刚刚发现了一种已知的蛾子，这种蛾子会叮咬你的皮肤，喝你的血，而且人人都开始谈及这种蛾子。你当时可能就会有一种冲动，立即上网查询相关信息，你的这种冲动行为在这些科学家的眼里，就是一种驱力状态，就像产生饥饿、口渴、性欲时的驱力一样；也是一种病理状态，如毒瘾发作时的病态。心理学和神经科学的整个子领域都围绕着这些驱力而发展，深入研究触发这些驱力的因素、时间和对象，以及这些驱动力是如何瞬间超越其他欲望的。就好奇心而言，你所渴望的物质就是信息，大量变幻莫测的信息。是什么让大脑对一个给定的信息如此感兴趣，又是什么让大脑觉得其他信息对它来说像一把沙砾对饥饿的胃一样毫无用处？

就在答案无果之时，功能磁共振成像研究员开始深入研究好奇心问题并找到了一些线索。一个包括加布里埃利和惠特菲尔德—加布里埃利在内的研究小组发现，对学习者给予一笔小小的金钱奖励就可以刺激海马体（巩固长时记忆的家园）的活动，并使信息长期停留。他们想知道，类似的、内在的奖赏预期，比如好奇心产生的奖赏预期，是否也会对记忆储存产生同样的影响。但是，随着他们研究的深入，面对的挑战也越来越多。加布里埃利解释说：“当然，好奇心是一种准备学习的形式，但不幸的是，大脑在遇到感兴趣的事情时会以50种不同的方式启动，因此很难准确地判断究竟发生了什么机制。”最终的研究证明，好奇心的活动模式不可阻挡，以至于加布里埃利团队发现他们在寻找单一的、独立的、准备学习的大脑信号时，好奇心本身就在寻找抑制好奇心的方法。他说，他们在研究记忆中的风景时使用的都是非常平淡的素材，这样他们就能够识别出一种独立于好奇心的学习准备状态。

与此同时，其他研究小组则采取了相反的方法，直接进军好奇心。几年后，也就是2014年，加利福尼亚大学戴维斯分校的一个研究小组对好奇心在大脑中的准确作用进行了一定程序的分析，引起了人们的注意。研究人员一边向研究参与者提问知识问题，一边向他们展示不断变化的人脸照片。研究结束后，参与者更容易记住那些在他们产生好奇心的时刻出现的面孔，也就是说，他们对知识信息产生了好奇心，与面孔无关。当你处于一种好奇状态时，形成长时记忆的潜力得到了普遍提升。各种各样的记忆（用作者的话来说）就是“通过海马LTP分泌的多巴胺”而展开的过程。

对，你没看错：就是LTP，长时程增强效应，长时记忆的突触之星。系统神经科学家认为，好奇心就像在大脑中形成LTP的火箭燃料，对长时记忆的储存至关重要。

因此，无论这种联系多么脆弱，我们的认知大厦前两层的研究（细胞和系统层面）就在此相交了。好奇心是将他们聚集在一起的原因，这一论点无可争议。个人层面的好奇心和集体的、以好奇心为驱动的努力（即科学）之间的区别，只是程度不同，并无类型不同，都可以用以弥合信息之间的鸿沟。

这一切背后的原因源于我在上一章中提到的内容：负责记忆这项繁重工作的神经元回路。记忆神经元主要通过谷氨酸进行交流，谷氨酸是神经系统中最常见的神经递质。同时，更高层次的管理回路还会使用其他神经递质，以产生多种效应，如埃里克·坎德尔在海蛞蝓身上观察到的闪光灯式记忆储存。就人类的好奇心而言，似乎有一组管理神经元将神经递质多巴胺传递到海马体，以巩固那里的记忆。

与饥饿或口渴等状态不同，好奇心状态下的信号之所以如此令人着迷，主要源于其产生的起点。海马体本身似乎就决定了传入信息是否值得产生好奇心。研究结果给出了肯定的回答，传入信息向大脑中与奖赏预期关联的区域发出兴奋性信号，作为回馈，这些区域向海马体发送多巴胺信号，告诉海马体将新的传入信息转化为持久记忆。简而言之，海马体自知什么时候应该加强信息的存储。那么，“是什么引发好奇心”这个问题就可以归结为：当大脑获得信息时，会对什么样的信息更为渴望？

以前学习流体动力学时，我始终无法让自己对其中的阻塞理念感到好奇，这其实是因为我的大脑试图否定与之相关的重要驱力。从神经学的角度打个比喻——好奇心与饥饿的性质相似——这就像是在吃饱喝足的情况下参加吃热狗比赛一样。我当时并不渴望这些知识，我也无法说服我的大脑接受这些知识。

然而当我来到石油钻井平台工作后，情况发生了变化。当我有了一定的背景知识后，我似乎进入了一种适居区，我知道在这里能够获得更多的知识，我的这种状态类似于苏联著名心理学家利维·维果斯基所说的“最近发展区”状态。然而，仅凭注入一点知识就能触发我大脑中的驱力吗？

我们从哥伦比亚大学专门研究好奇心的神经学家杰奎琳·戈特利布的研究中或许能找到答案。她解释说，几十年前科学家们认为激发好奇心的经验法则可以归结为两种假说，一种是喜新成癖的假说，即在探索环境中对所有新事物充满欲望，另一种是所谓的信息差假说，即当你所处环境中的信息比你已知的信息量大的时候，好奇心就会随之产生。然而，这两种假说均存在一定缺点。当进入黑暗、可怕的未知世界时，喜新成癖的假说也就不攻自破了，因为有时对于未知，我们更愿意保持未知状态。而信息差假说存在的问题是，真正的信息差在自然条件下很少见，通常情况下我们不知道我们并不知道什么。而在一场知识竞赛中，我们就能明确我们所欠缺的，这就是问题的答案。在一些未知情况下，也有类似情况，“比如读一本推理小说，或者看一部电影，”戈特利布说，“不可否认，你会被未知的情节吸引并期待着某种信息流。”但更多的时候，无论你是一个在教室里决定今后命运的人类，还是一个探索新环境的灵长类，都不能保证你会被未知吸引。戈特利布说：“好奇心就是学习，是你在广阔世界里没有太多限制时的学习。”大多数情况下，你周围的信息量巨大，根本来不及全部处理，更不用说去记住这些信息了，所以你的大脑必须谨慎地激发好奇心。

因此，戈特利布认为大脑中的一种元认知策略占了上风，这其中包括但不限于信息差和喜新成癖。她提出了学习进步理论，即每当你遇到大量信息，迫使你改变或重构先前的知识体系时，好奇心也就随之而来了。在由知识竞赛产生的信息差中，竞赛问题中包含的信息足以吸引你去寻求更多信息。就更开放的系统而言——戈特利布提到的“广阔世界”——只有当感觉信息增强或挑战你已知的信息时，才能激发你的好奇心。

学校里的教室就是广阔世界的一个典范。像我这样的教师可能会认为自己就是教室里唯一的信息来源，然而，即使是在智能手机和笔记本电脑出现之前，这也是不可能的。对于讲台下的学生来说，窗外的一只鸟、阳光下的一只苍蝇都能吸引他们的注意力。即使教师强迫学生将注意力放在听讲上，通常激发的也是学生的无聊情绪，而不是好奇心。根据心理学家约翰·D.伊斯特伍德的解释，当我们无法处理当前信息时，就会产生这种无聊的感觉。

相比而言，我们在课堂中是可以积极激发学生的好奇心：只不过不是通过强迫学生集中注意力听讲，而是通过构建信息差来使学生获得知识。最简单的方法是向学生提问，这对各地的教师来说都是驾轻就熟的事。这种提问式教学法是有渊源的，即所谓的苏格拉底式教学法，已经存在了几千年。提问式教学发挥作用时，学习对学生来说就像吃饭或喝水一样能给他们带来满足感。

抑或像吸食毒品后的感觉。毒品之所以有害，其中一个原因就是它会影响大脑的奖赏中心，使我们很快就能在这些毒品和奖赏感觉之间建立联系。

幸运的是，好奇心得以满足也能和这种奖赏感觉建立联系。我有时会给我的女儿讲下面这个故事，她总是不相信我，但这件事确实发生过。在石油钻井平台工作时，我在大脑中的奖赏感和获得有用知识之间建立了强烈联系，我也是有生以来第一次感到，这种被迫学习不是来自外部的力量，而是来自内心的一股力量。走下平台的霎那间，我的大脑对所要学的知识产生了一种饥饿感。

准确地说，我一脚踩到了平台外一个结了冰的台阶上，结果严重扭伤了膝盖，也正因为如此，我在海上工作的生涯就此结束了。至今我依然清楚地记得那次长途直升机旅行，原因有二：第一，我刚穿上防护服，系上安全带，就开始后悔事先喝水了；第二，就在那一刻，我决定回到学校追寻我的学术梦。因此，我需要学习更多知识，还要以更快的速度学习。

我的职业轨迹最终将我带入了麻省理工学院，在这里我有机会与机械工程领域内的杰出人才一起继续学习，也拥有了了解学习本身的机会。这主要得益于我所能密切接触的坎维舍、加布里埃利等研究员，以及其他奋斗在认知科学大厦中的科学家们。

系统认知科学家在探索记忆是如何、在哪里、在什么情况下存储的过程中，发现了对每个学生的学习都至关重要的深层认知过程。这些发现直接驳斥了“学习是一场艰难的斗争”这一普遍观念。过去人们普遍认为学习是一场磨难，只能靠坚定的意志力才能攻克。事实上，无论是患有诵读困难症仍在苦苦挣扎着努力阅读的学生，还是强忍着困意睁大眼睛聆听枯燥讲座的学生，都证明学习光靠努力显然是不够的。即使是那些积极性很高的学习者，为了挖掘他们的潜力，我们也必须找到能将教育实践与大脑系统需求相结合的方法。实际上，许多情况下，学习最重要的就是找到激发学生好奇心的方法。

即使受到传统课堂形式的限制，但任何一位经验丰富的教师也都可以快速地制定出激发学生好奇心的策略。有些教育者立誓要把课程与学生现有的兴趣结合起来（然而，这种方法很容易失败，如《洋葱新闻》[9]的一篇经典评论文章《莎士比亚，原来是终极说唱歌手》中讽刺的那位不幸的英语教师）；再有一些策略则是利用苏格拉底式教学法创造信息差，或者鼓励学生在精读文章前先略读一遍，然后提出只有仔细阅读后才能回答的问题；还有一些策略倾向于使用学习进步理论来激发学习者的好奇心，例如，在深入研究某个主题之前，先提出一些常见的误解。

但这些策略都有其固有的局限性。最重要的是，这些策略只适用于那些有动力的学生。假设学生们已经拥有了像我读大学时的学习动力（那时我想学习，但是不能让自己感到好奇），但好奇心却会使他们产生先有鸡还是先有蛋的问题。因此，激发好奇心需要事先掌握一点相关知识，以激起学习者继续学习的欲望。

有没有一种更有机的方法能够引导学生在知识的源泉中畅饮，不是通过坚强的意志力，而是出于真正的渴望？

坎维舍在讨论麻省理工学院46号楼是如何成为一座解决问题的桥梁而不再是一块传统的学术巨石时，提出了一个重要的观点。“一个不容忽视的方面，”她说，是位于大楼另一侧的麦戈文研究所，以及他们在系统层面以上所做的研究。这里的科学家们才是真正研究思维本质的人。”尽管系统神经科学家揭示了记忆的一些机制和状态，但学习远不止涉及记忆这一个层面。为了更深入地了解学习，我需要爬得更高，与麻省理工学院的认知心理学家进行对话。