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训练让神经元效率更高
当简金斯(Bill Jenkins)加入梅策尼希的团队时,研究又开启了一个新的方向,他帮助梅策尼希将他的发现发展成实际应用。简金斯是个行为心理学家,对人类如何学习特别有兴趣,他建议这个团队教动物学习,然后观察学习如何影响神经元和地图。
在一个基本的实验里,他们先绘出动物感觉皮质的地图,然后训练它用指尖去碰触一个旋转的圆盘10秒钟,此时用的力要刚刚好,太重会阻止圆盘继续转,一旦维持10秒钟后就有一些香蕉可吃。这个作业需要猴子全神贯注,学习如何非常轻地碰触圆盘,而且要正确地判断10秒到了没有。经过几千次的练习后,梅策尼希和简金斯重新测量猴子的大脑地图,发现猴子手指尖端的地图变大了,因为它们必须学习如何用刚刚好的力量去碰触圆盘(才有东西吃)。这个实验显示当动物有动机要学时,大脑会弹性地对学习的需求作出反应。
这个实验同时显示当大脑地图变得更大时,个别神经元也经由两个阶段变得更有效率。一开始,当猴子在接受训练时,手指尖的地图变大占去更多的空间,但是一阵子以后,地图里的神经元就变得更有效率,最后,只要比较少的神经元就可以做同样的工作了。
当一个孩子学习弹钢琴时,第一次,他会用全身的力量,如手腕、手臂、肩膀等去弹每一个音符,甚至脸上的肌肉都会绷得紧紧的,很快,他就会只用指尖去弹,再久一点,他就发展出优雅轻松的方式轻触琴键,行云流水般地弹奏。这是因为孩子从用很多的神经元到只用恰当的神经元来做同一件事,当我们对某一个作业越来越精通时,神经元的效率也越来越高,这就是为什么我们在练习时或增加新的技能到学习单上时,不会很快地用光所有的空间。
梅策尼希和简金斯也看到在练习时,个别的神经元会变得比较有效率。大脑触觉地图中的每一个神经元都有它自己的“感受区”(receptive field),这是皮肤表面的一小片,专门把这个区域所接受到的信息送到这个神经元处理。当实验者训练猴子去碰触圆盘时,每个神经元的感受区只有在被碰触时才会发射,所以虽然大脑地图区域会扩张,在地图中的每一个神经元其实负责比较小的皮肤表面,使动物可以有更细的触觉分辨能力,所以这个地图就变得更精确了[1]。
梅策尼希和简金斯也发现神经元经过训练后,变得更有效率,处理的速度变得更快。这表示我们思考的速度也是有弹性的,思考速度对我们的生存非常重要。事情通常发生得非常快,假如大脑速度很慢,它会来不及看到很多重要的信息。在一个实验里,梅策尼希和简金斯成功地训练猴子分辨越来越短的声音。受到训练的神经元发射得更快去响应声音,处理信息的时间更短,在两次发射之间需要更少的时间“休息”[2]。因为思考速度跟智能也很有关系,智力测验就像生命一样,它不但测量你是否答对答案,也要看你花多少时间才答对它。
他们同时也发现当训练一只动物去做某一项技能时,不但跟这项技能有关的神经元发射得会比较快,也因为速度快,信号会更清楚。更快的神经元会因更可能彼此同步发射(变成更有默契的队友)而连接得更紧密,使这个团队的神经元送出更清晰、更强的信号。这一点很重要,因为更强的信号在大脑中的作用就更大。当我们要记住什么东西时,我们必须听得很清楚或看得很清楚,因为只有原始的信号清楚时记忆才可能正确。
最后,梅策尼希发现专注力跟长期的大脑改变有很大的关系,在很多实验里,他都发现只有当猴子全神贯注地做一件事时,长久的改变效果才会出现。当动物很自动化地在做一件事情,没有专心去注意时,它们的大脑地图会改变,但是这个改变不会长久。我们常常称赞一个人可以一心多用,你当然可以一心多用地学习,但是一心多用不会使你的大脑地图产生永久的改变。
[1] 感受区变小,精准度才会提高。——译者注
[2] 神经元不能一直发射,每次发射完必须有短暂的休息(一个神经元休息的时间很短,是以毫秒计算的),但是因为一组神经元发射的时间并不完全相同,因此它会像打排球一样,球一直在空中传,但是甲休息时,乙接过去发射,信息的处理并没有中断,这是大家通力合作的结果。——译者注
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