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打个盹儿,就能赢:让睡眠来巩固你的学习成果

在我们的生命中,有一个幽深无比的洞穴,一个我们必须频频光顾的黑暗王国,叫作睡眠。对大多数人来说,睡眠是一个极为神秘的秘密。我们离不开它,并且总希望能再多要点儿,我们渴望能深深地、高质量地沉入其中。一方面我们知道,说不定哪天夜里它就会将我们的秘密泄露出去,可另一方面我们也知道,在那种无意识的、梦幻混杂着现实的过程中,肯定有某种点金之术,能把一些数据、幻想和感觉融合到一起,使得我们白天的不懈努力终于能结出一种最为珍贵的果实——理解,对我们想要掌握的某种新技能、新知识的理解。

你不必成为一个梦境治疗师就能知道,睡眠中的大脑会做一些醒着的时候不会去做的联结。有谁不曾在深更半夜里忽然坐起来念叨一句“哦,对哦”,也许是突然想到了那把不见了的钥匙放在了哪儿、那个挥杆动作该怎么修正、阿尔贝尼兹那首曲子的指法该怎么变换……已经不记得有过多少次,我因为一篇报道怎么也写不下去而满心沮丧地躺下,却会在半夜忽然醒来,抓过床头柜上的笔匆匆写下刚才在梦境中浮出脑海的一些想法。早晨起来时我会看见不成句子的潦草笔迹,如果能有幸辨认出一部分,我大概就能茅塞顿开,继续写下去了。

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并不是只有我会这样。在科学探索的历史长河中,从来不乏这种因梦中启示而促成的重大飞跃。举例来说,19世纪德国化学家弗里德里希·凯库勒(Friedrich August Kekule)曾经声称,他能偶然发现苯的化学结构(其分子卷曲成环状)是因为梦见一群蛇咬住了自己的尾巴。俄国科学家德米特里·门捷列夫(Dmitri Mendeleev)也曾告诉他的同事说,他花了好几个通宵试图把所有元素整理成合理的排列方式,却始终一无所获,直到他累得昏睡过去,却在梦中看见了“一份表格,所有元素都各归其位”。这便是那著名的化学元素周期表的由来。

这类故事总会让我想到《格林童话》中的那篇《黄金鸟》,说的是有一个年轻人身负使命,外出寻找长着金羽毛的神鸟,途中与一位公主相爱,公主的父亲,也就是国王的许亲条件只有一个:年轻人须在8天之内铲走挡住了王宫窗外视野的那片小坡。唯一的难处是,那可不是一片小坡,而是一座大山。年轻人奋力挖了7天,终于失败倒下。这时,他的好朋友狐狸跑来悄悄对他耳语道:“躺下好好睡一觉,我来替你做。”第二天早上,那座山便不见了。

梦的启示

睡眠一向是传说或神话故事中的好材料,这恰是因为它无人能解。它既像是一面空白的屏幕,可容我们把自己的焦虑和希望都投射其上,也像是一间上了锁的黑屋子,我们只能猜测里面到底发生了什么。白屏也好黑屋也罢,均让我们不可抑制地想要弄明白这么一个问题:睡梦之中,大脑到底在干些什么?

说到这里,还有一个问题:我们到底为何要睡觉?

答案无人知晓。说得更准确一些是,迄今还没有一个能让大家都认同的科学解释。人生有足足1/3的光阴处于睡眠的无意识状态中,因此,任何关于睡眠核心目的的理论解释都注定十分重大。难道身体不需要以常规停机的方式来恢复体能、释放压力吗?还有调整情绪、生成肌肉、还原心智的清明呢?对,这些都对。我们知道,睡眠不足会让我们行事更加鲁莽、情绪更加脆弱、精神更难集中,而且身体可能更易受到感染。

可是这些说法无法构成一套涵盖全面的完整理论,因为没有一种说法能解释得清为何人的睡眠在时间量和时间点上的差别是如此巨大。想想看,每个人不同的睡眠习惯相差能有多远:有些人每天只睡短短3小时就能活蹦乱跳,而有些人少于8小时便活不下去,有些人通宵都能头脑清醒,可一到白天就迷迷糊糊,还有些人需要白天打个盹儿。

一套真正完整的理论必须要能解释得通关于睡眠的所有差异,还必须能解释得通为何动物对睡眠的需求也是那般的天差地别。为了照看刚生下来的小鲸鱼,虎鲸妈妈可以连续三个星期保持警醒、维持动态,甚至一个月不眠不休。迁徙中的鸟类也可以连飞数星期而不必中途停歇、睡觉。

终于,有两个比较符合情理的新理论在这一片混乱中诞生了。

其一认为,睡眠从本质上讲是一种时间的管理与调节。我们体内生物钟的进化发展使得我们在没什么事情需要做的时候安静下来,比如说午夜3点,而在有事情要做的时候保持清醒。以棕蝙蝠为例,它每天需要睡20个小时,唯有余下的4个小时,也就是黄昏时分,用来狩猎蚊蛾,因此,它也许是每天睡眠时间最长的哺乳动物。为什么它们只在黄昏时分保持清醒呢?因为那个时辰猎物最多。

但是,按照加州大学洛杉矶分校的神经科学家杰尔姆·西格尔(Jerome Siegel)的说法,这也是因为“增加觉醒时间似乎对这种动物非常不利,因为这不但会消耗它更多的能量,还会使它更多地暴露给那些拥有更好的视力和飞行能力的捕食鸟类”。从这一点上来说,西格尔认为人类对睡眠质量和持续时间的过度依赖是一种退化的表现。“我们把1/3的时间用在睡觉上显得非常不合理,以至于科学家们常常将其称为‘大自然杰作中最大的败笔’,”他对我说,“不过从另一个角度来看,那么多不必要的觉醒时间又何尝不是一个更大的败笔呢。”

有事情该做的时候,我们应该不失时机赶紧做好,无论太阳是否高挂天上;而没有什么事情需要做,或者只是一些得不偿失的小事要做时,比如会让自己暴露在危险中,我们就该躺下来睡觉。

学习的科学
简而言之:睡眠时间和觉醒时间是根据我们的生存需要以及危险系数来自动调节的,而并不是根据什么健康手册的说法来规定的。

另一条理论认为,睡眠的主要目的是巩固记忆,是学习。在最近几年里,脑科学家们发表了诸多研究成果,一致认为睡眠担当了一个重要角色——储存并标识重要的记忆,既包括智力上的也包括身体上的。睡眠还有一个作用,即把一些细微的、清醒时难以注意到的关联给联结起来,另辟蹊径地解决某个数学难题,或是能够演奏中提琴乐谱中一组特别困难的指法序列。

我们不妨想想第1章中讲到的,每天通过各种感官涌入大脑的信息量有多么庞大,因此在一定的时候,我们必须决定哪些信息及联结应该保留,哪些应该不予理会。有时这种选择轻而易举,眨眼间就能做好,比如一个新同事的名字、到幼儿园接孩子的时间、邻居中谁家有个脾气暴躁的杜宾犬。可是大多数情况下,事情却并不这么显而易见。我们白天注意到的一些关键性信息里面含有某些微妙的提示:耸了耸肩膀、随口说了几句提议、扫了街边一眼、含糊其辞地遮掩,等等。一关掉电灯,各种印象便在我们的脑子里盘旋,而根据这条睡眠理论,那就是我们的大脑做筛选的时候了:哪些是有意义的,哪些是无关紧要的。

在充满争议的睡眠研究领域里,上述两种理论恰是相互对立的典型,而每种理论都有各自的法宝来解释生命中的这种无意识状态有什么主要功能。而实际上,它们很难真正相互排斥,唯有将其两相结合,我们才能开始明白睡眠到底是如何帮助学习的,才能在理解的基础上善加利用。

睡觉时,大脑在干什么

这个小家伙的大脑里明明热闹得要命,可他又在熟睡,显然无知无觉。他爸爸在叫他了:“阿蒙?……阿蒙?”没有回应。他该不会是在装睡吧?不会的,怎么看都像是真的在熟睡。

学习的奥秘
那是1951年12月的一天,芝加哥大学一名年轻的研究生尤金·阿瑟林斯基(Eugene Aserinsky)带着他8岁的儿子阿蒙来到了他那间地下实验室,开始他的睡眠实验。阿瑟林斯基当时正在攻读生理学,努力想把自己打造成一名合格的实验研究学者,并没打算把自己培养成睡眠研究专家,那天晚上他无非是遵守导师的指令前往实验室值班。他的导师纳塔涅尔·克莱特曼(Nathaniel Kleitman)碰巧是现代睡眠科学研究之父。阿瑟林斯基那时正在琢磨一套光谱成像扫描仪,用来监测睡眠时的脑电波情况。作为后来脑电图描记器(简称EEG)的前身,这台扫描仪通过用胶布固定在头颅上的电极记录大脑中发出的电子信号。
阿瑟林斯基把自己的儿子当成实验对象,用胶布贴了几根电极在小男孩的头上以及眼皮上(记录眼皮的晃动),然后去另一间屋子打开了扫描仪,一边告诉孩子看看这边看看那边,一边调校仪器。阿蒙渐渐睡着了,阿瑟林斯基一边啜饮咖啡,一边看着仪器上的信号如他所料般逐渐安静,记录电笔下,墨水描绘出的波纹越来越平缓。但两三个小时之后,所有的波纹记录图形却又出现了很大的起伏,既有来自阿蒙眼皮上的波动,也有来自他大脑的波动,就好像这孩子已经完全清醒过来、正动来动去一样。阿瑟林斯基从椅子上站起来,悄悄溜进孩子睡觉的那间屋子,去确认他是否还在安睡。
“阿蒙?……阿蒙?”没有任何回应。
阿瑟林斯基回到隔壁房间,继续监视扫描仪。在那个年代,科学家们认为睡眠时大脑总的来说处于停机状态,变成了一片由无意识主宰的游乐场、一幅描绘幻境的画布。可是,这扫描仪现在所描记的却完全不是那么回事。阿瑟林斯基不由得在工作室里“目瞪口呆”地来回踱步,他被那猛烈跳动着的波形弄得不知所措,直到阿蒙的脑电波再次平缓下来,记录笔也再次安静下来。这时早已夜深人静,周围除了他自己再无别人。会不会是自己的错觉?要真是错觉的话,把这观察结果报告给导师无疑是自找没趣,那会被当成是一个没有经验的研究员在瞎激动。可如果不是错觉,那儿子睡梦中的大脑显然忙活了好一阵子,没人能说那该叫作无意识。

几个星期之后,他又把儿子阿蒙带进了实验室,想验证一下他上次看到的事情是否只是一个偶然。但那显然不是偶然。在这天夜里的不同时段中,阿蒙的大脑好几次显然十分活跃,就好像完全清醒了似的。现在,阿瑟林斯基能确信他看到的东西不是无中生有。“现在的问题在于,是什么触发了眼睛的转动?”许多年之后他说道,“那些转动意味着什么呢?”

当时他尚无足够的专业知识及实验手段来解答心中的疑问,于是只得请教他的导师克莱特曼,看看这种睡眠中奇怪的大脑活动是否已有前人研究,是否值得他花时间继续做跟踪研究。克莱特曼毫不犹豫地说:“找更多的人来做试验,”他告诉阿瑟林斯基,“你可能会有意外之喜。”

到了1952年的下半年,阿瑟林斯基改造好了他的设备,开始了针对20几名成年人的实验研究。结果发现,他们在睡眠中的大脑活动状态跟当初阿蒙的一模一样:缓慢起伏的时段之间穿插着阵阵剧烈的脑波波动。在研究睡眠的历史文献中还不曾有过关于这种活跃现象的报道,因此他甚至找不出恰当的术语来表达,只好再次请教克莱特曼。师徒二人一起再次审阅了所有记录数据。如果他们要发表文章报道这一不同寻常的发现,并宣称这是普遍现象,那他们必须确保数据的准确。

1953年9月,他们的研究论文终于发表在了《科学》期刊上,总共只有两页,但是阿瑟林斯基和克莱特曼并没有低估他们的研究带来的影响力。“眼球的转动、脑电图的规律性变动以及神经系统的自发活动,这些事实全都紧密相关,绝非各自为阵的孤立现象。这说明此类很可能是做梦的生理活动非常像是一种通常会在睡眠中出现的、特定层次的大脑皮层活动。”他们总结道。

学习的科学
“眼部活动第一次出现在入睡后三小时左右,其后再现于两个小时之后,然后在觉醒之前出现第三次或是第四次间隔时间更短的眼部活动。”为准确表述这一现象,他们发明了一个更为科学化的术语:睡眠中的快速眼动睡眠阶段(rapid eye movement,简称REM)。

“这实际上是现代睡眠研究的开端,尽管在当时没有人能够意识到这一点。”威廉·德门特(William Dement)说道,他当时也是克莱特曼实验室的一名医科学生,如今在斯坦福大学担任精神病学和睡眠医学教授。他还对我说:“人们花了好多年才明白,我们早已经发现的事实意味着什么。”

这一认识之所以被延迟了这么久,原因之一是当时难以摆脱的对旧理论的过度依赖。在20世纪50年代,许多科学家,尤其是美国的科学家,都仍然沉迷于弗洛伊德的理论之中,认为梦境是以梦幻形式以及象征性画面所表现的、清醒时无可察觉的内心愿望。投入到睡眠研究中的无数资金都用在了研究快速眼动睡眠阶段的梦境上,而不是研究快速眼动睡眠阶段本身的机制或者目的,其结果乏善可陈。在快速眼动睡眠阶段中醒来的人所描述的迷乱中的焦虑、幻想以及无意义的场景跟人类正常的生活没有任何的一致性。“研究过程很是令人兴奋,可最终我们却得不出任何结论来。”德门特告诉我。

不过,这些梦境研究以及其他学者的研究倒也确确实实地证明,快速眼动睡眠阶段的确是普遍现象,在人的夜间睡眠中呈现出规律的阶段性,穿插于其他无意识的睡眠时段之中。事实上,一夜当中人们通常会有4~5次的快速眼动睡眠阶段,每次大约持续20~30分钟,这时,大脑几乎就要进入意识觉醒的边缘,不过随即又会沉入无意识的深处。从1960年起,研究睡眠的科学家们开始认为睡眠至少分为两个层次:快速眼动睡眠阶段以及非快速眼动睡眠阶段(简称NREM)。

此后,通过脑电图描记器以及其他更为专业化的电子描记设备所记录的眼睛以及眼皮的颤动规律,科学家发现非快速眼动睡眠阶段也有特定的阶段性。对这些阶段的区分主要是根据记录波纹的形状和频率来决定的,只能算是大致上的划分。

学习的奥秘
我们失去意识进入睡眠的浅睡期,被称为第1阶段,在这一阶段里,大脑在清醒时上下剧烈起伏的尖锐波形开始逐渐缓和下来。到了第2阶段,波形变得更有规则,像一串正弦波,或者说像是风平浪静的日子里一阵阵涌向岸边的柔和波涛。到了第3和第4阶段,波形越发平缓而舒展,如平静大海中轻轻起伏的涌浪。这种慢动的波纹模式表示人已经进入了深度睡眠。
大脑的睡眠周期便由这4个阶段外加快速眼动阶段按序循环而成:从第1阶段进入第2阶段,再深入第3阶段,沉入第4阶段,之后开始上浮,回到第3阶段、第2阶段,之后再回到快速眼动睡眠阶段。整个夜间便是如此循环往复,从快速眼动睡眠阶段再次沉入到第4阶段,之后又渐渐回升直到再次进入快速眼动睡眠阶段。这4个阶段再加上快速眼动睡眠阶段,构成了科学家们所说的睡眠结构(sleep architecture),如图10—1所示。
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图10—1 大脑睡眠结构图

这个从前一直隐而不现的结构一旦被发现并描述出来,人们便从此彻底甩掉了那种认为大脑一到夜间便进入“停工”状态并成为梦幻之乡的观念。而与此同时又提出了一个大问题:既然大脑在睡眠之中如此活跃,那它究竟在忙些什么?大自然肯定不会把资源浪费到如此程度,大脑一次次地进入快速眼动睡眠阶段,脑电波图的波形一阵阵地纷繁变化,显然是大脑在利用睡眠做着什么。可到底是什么呢?

“要做科学研究,你首先需要有个想法,可是多少年过去了却没有谁对这一问题有过想法,”哈佛大学精神病学教授艾伦·霍布森(J. Allan Hobson)对我说,“过去他们都把睡眠当成是意识的完全沉寂。但现在我们知道,事实并非如此。”

睡与不睡差了35%

宫廷阴谋一向是畅销小说或热门电视剧的好素材,原因之一便是被心理学家称为“嵌套层级”(embedded hierarchy)的东西。国王是国王,王后是王后,还有王子、太子、皇亲国戚、待嫁女子、蠢蠢欲动的元老、雄心勃勃的新秀、老谋深算的国师,等等,这些人全都站在不同的阶层上,一个个图谋着向更高阶层攀爬。跟谁联盟最为紧要?谁比谁更有权势?谁对谁更有影响力?没人知道,除非你能看到他们彼此间的互动。如果你没有机会看到他们一对一的直接比拼,你就需要通过不同的角色剧情来判断每个人之间的相对实力。比如说,两个人物发生了冲突,格里希尔达会不会给托利安戴上脚镣、把她扔到护城河里去?再怎么说她也是国王的宠妃。不过,托利安也有她厉害的关系网……等等,托利安的母亲是谁来着?

研究学习的科学家们喜欢用这种嵌套层级的分析题,原因在于它能模拟我们无时无刻不在进行着的推理思维,无论是了解政治手段还是理解数学难题,都离不开它。我们必须记住每个角色之间的对应关系,这固然只是单纯的记忆,可我们还须把这些关系精简成逻辑推导:如果A>B且B>C,那么结果一定是A>C。最后,我们还需要把这些逻辑关系进一步融汇到更大的框架之中,推导出相隔很远的人物与人物、符号与符号之间的逻辑关系。一旦做到了这一点,我们就有了一副鸟瞰的利眼,有了一套评判关系的推理体系,能一眼看出任何局面中两个具体的人物之间乃至象征符号之间的关系,哪怕普通人根本看不出来的复杂关系也不在话下。

学习的奥秘
2007年,哈佛大学和麦克吉尔大学的研究学者一起主导了一次实验,内容是借助一种看上去很简单的游戏来检验一群在校学生辨识嵌套层级的能力。研究小组先是让学生们学习一对又一对的彩蛋,每次电脑屏幕上只显示一对彩蛋,而每一对彩蛋都是一个高阶和一个低阶,如图10—2所示。
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图10—2 彩蛋实验
参与的学生被分成了两组:一组在早上学习这些彩蛋,一组在晚上学习这些彩蛋。两组学生都很快便记住了这些彩蛋间的阶层关系,并在紧随其后的考试中取得了出色成绩。但是,12个小时之后,两组学生又接受了一次考试,这次,研究学者要求他们辨识并非紧挨在一起的一对彩蛋的层次关系。这类似于格里希尔达和托利安之间更深一层的嵌套关系,答案并非一目了然。如果水绿蛋高于彩虹蛋,那是否意味着水绿蛋也高于涡纹蛋?跟珊瑚蛋相比呢?珊瑚蛋该排到第3位还是第4位?学生在学习彩蛋的时候并没有看见所有彩蛋的层级排序,因此对他们来说,相距甚远的彩蛋之间的关系是模糊不清的。
是相当模糊,不过等睡了一觉,就不一样了。
在晚上学习了彩蛋、睡过一觉之后的第二天早上接受考试的那一组,被研究者称为“睡组”,这一组学生针对最远距离的层级关系的辨识,也就是难度最高的问题的应答,正确率高达93%。而在早上学习、晚上接受考试,中途没有睡觉的那一组学生,也就是“醒组”,正确率却只有69%。又过了整整24小时之后,两个小组再次分别接受了考试,这一次,针对最远关系的辨识,睡组的成绩更是遥遥领先,两组分数差距拉大到了35%。

这可是一个非常大的差距,两组学生的成绩由此分出了明显的高下。但是这样的显著差距在睡眠与学习的研究中却并不罕见。

学习的科学
“我们对此的猜测是,在睡眠过程中,你会拓宽记忆的透光孔,因此能看到更完整的景象,”该研究小组的报告主笔人马修·沃克(Matthew Walker)对我说,“实际上有证据显示,快速眼动睡眠阶段正是这一记忆的创造期,在此期间,你会为脑中的信息建立起不同的关联、不同的组合等。”

他和另外几位报告执笔人指出,在这样的游戏中,我们固然不难弄明白一对对独立的层级关系(水绿蛋压过彩虹蛋,涡纹蛋压过珊瑚蛋),但是对于它们之间更远距离的层级关系却让人难以理出头绪来,除非我们先睡上一觉再说。

针对睡眠如何辅助学习的探究,目前仍是一项尚在进行中的课题。追逐弗洛伊德的科学家们在20世纪60年代碰壁之后,睡眠研究就跟它夜间的神秘活动一样,沉入了深深的寂静。投入的资金渐渐枯竭,尤金·阿瑟林斯基所打开的那扇展示了快速眼动睡眠阶段的窗口一时间似乎也只不过是通向了另一间黢黑的屋子。“你曾有过那样振奋人心的时刻,可接下来的40年却基本一无所获,这实在是糟糕透顶。”哈佛大学神经科学家罗伯特·斯蒂克戈尔德(Robert Stickgold)对我说。

不过到了后来,也就是最近20年,包括诸如上述沃克等人主导的10多次研究实验终于给人们带来了曙光,并逐渐将睡眠转变成学习科学中最有前景、同时也是最有争议的前沿课题之一。

这么学就对了
从研究数据中获得的大量证据说明,睡眠能增强你对前一天所学内容的理解力和记忆力,而且绝不仅限于彩蛋学习,它还可以辅助你的词汇学习、单词配对、逻辑推理,甚至能有助于你工作中的陈述报告、学校里即将到来的考试,等等。当然,你首先需要记住所有这些课题中关键之处的主要细节,才能借助睡眠把这些要点拼凑起来,形成一幅更为完整的大脑认知图。这么做对你成绩的提升效果相当显著,大约能提升10%~30%,不过科学家们至今尚未充分了解潜意识状态下大脑究竟是如何运作的,因此还给不出合理的解释。

我的看法是,针对我们这本书中讲述的各种改进学习方法的技巧,睡眠的作用是进一步提升其功效。比如第4章所讲的间隔效应,是在相隔一两天的间隔时段内效果最为明显,再如菲利普·巴拉德的“回想”,学生们能回忆起来的《“金星号”遇难记》的词句会不可思议地增加,也是在最初一两天中的事情。一夜好睡肯定有助于松开“思维限制”的禁锢,我们在第6章中讲到过,正是这思维禁锢让我们难以找到铅笔谜题的妙解。无论是在我们睡觉的时候,还是在我们醒着的时候,大脑都会对信息做很多类似的整合工作,至少可以说这两者是互为补充的关系。

不过,这个故事还远没有完结。

何时睡、怎么睡有讲究

科学家开始故意打断睡眠中的特定阶段,比如快速眼动睡眠阶段,以鉴别不同阶段对哪些特定的学习课题及技能特别有帮助。还记得吗?睡眠有5个不同阶段:快速眼动睡眠阶段,以及围绕该阶段的另外4个阶段。我们的脑电波在不同阶段内显示出不同的波形特征,说明大脑在不同阶段中有不同的运作方式。有没有可能每一个不同阶段都会有助于不同学习技能的增强,比如几何论证、作文思考、网球发球动作?根据以人和动物为对象的研究,如今许多科学家都推测应该如此。

人们将这些研究与发现整合到一起,逐渐形成一个越来越令人瞩目的理论假设,由意大利那不勒斯费德里克二世大学的安东尼奥·朱迪塔(Antonio Guiditta)所率领的一组科学家,在1995年的时候首度提了出来。之后,该理论又由后来者不断充实,其中最主要的两位学者是哈佛大学的罗伯特·斯蒂克戈尔德,以及加拿大特伦特大学(Trent University)的卡莱尔·史密斯(Carlyle Smith)。这两位科学家提供了大量实验数据,使睡眠学习模式终于形成了一个完整而成熟的理论,对不同阶段的睡眠是如何巩固记忆的给出了最全面的说明。

我觉得从科学的角度来说,应该把这一新理论命名为朱迪塔-史密斯-斯蒂克戈尔德学习巩固理论,不过,我个人更愿意把它简称为“夜班理论”。电灯关掉之后,基本维护便在夜间完成。

学习的奥秘
若按照睡眠阶段来划分,夜班模式具体应该是这样的。
第1阶段:这是一个起头阶段。如果人真要睡觉的话,你不可能打断这一阶段的轻度睡眠。它对巩固记忆的作用很难分离出来,虽然在这一阶段里也常常会有类似于快速眼动睡眠阶段的模式出现。
快速眼动睡眠阶段:这一阶段,大脑的神经元燃烧着熊熊炽焰,忙着进行模式识别,以帮助我们感知在白天的思维中显现不出来的各种关系,比如彩蛋实验,以及创造性难题的解决。它还很可能是所有睡眠阶段中最有助于渗滤效应的阶段。当然,在睡眠中的非快速眼动睡眠阶段内,渗滤也会起作用,只是程度不同而已。
快速眼动睡眠阶段还有助于诠释带有感情色彩的记忆内容。当初主导彩蛋实验的马修·沃克现在是加州大学伯克利分校的脑科学家,他对我说:“我们相信,正是在快速眼动睡眠阶段内,大脑会把情绪激动时形成的记忆中那层内心感受给剥掉,只保留其中的主体信息和具体细节,即在何时何处发生过什么。”比如,你还记得你上次打开几何考卷时抓狂的感受吗?你最好能“剥掉”那种感觉,至少要能减轻一些,这样你才能回忆起那道让你抓狂的难题具体是什么。沃克因此把快速眼动睡眠阶段形容为“夜间心理治疗期”。
第2阶段:这是运动记忆的专场。在一系列鲜为人知的实验中,卡莱尔·史密斯让人接受过一种被他称之为“转向”的训练。这是一种手眼配合的动作,参与者须用非惯用手,借助操纵杆来跟踪电脑屏幕上的一个光点。这个动作并不难,参与者一般都进步得相当快,但是如果他们在睡眠的第2阶段被叫醒,就没那么快了。“第2阶段看来是对运动学习最为关键的一个环节,”史密斯跟我说,“如果我们打断了参与者第2阶段的睡眠,则无法看到应有的进步程度;我们还相信,所有不同类型的运动学习都应同此理,无论是音乐学习还是体育学习,也许还包括机械操作技能的学习。”
第3和第4阶段:这两个阶段在研究中常常被当作慢波阶段或深度睡眠阶段而合并到一起,是延长记忆的关键阶段。如果让人缺少这一阶段的深度睡眠,不但不利于美容,而且还会削弱睡眠对记忆的辅助效果,尤其是对刚刚新学的数据、信息、词汇、姓名、日期、公式等的记忆。“我们有大量证据说明,慢波阶段对巩固陈述性记忆十分重要,而且这样的辅助功效是快速眼动睡眠阶段所达不到的。”

为了让这些睡眠阶段显得更为直观,我们再来看看图10—3这张睡眠结构简图。

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图10—3 大脑睡眠结构图

我们首先应该注意到的是,这幅简图所描述的睡眠时段是从晚上11点入睡到早上7点醒来的过程。不过,这幅睡眠结构图基本上表现了所有人的入眠状况,无论这个人通常是何时入睡、何时醒来。关键在于,真正的通宵睡眠须得保证这5个阶段各自获得充足的时间。每一个阶段都在一定程度上是其他阶段的有效补充,一旦我们为一场考试、演讲或选拔赛而临时改变通常的睡眠习惯,事情就变得有意思了。

举例来说,我们能看到图10—3中绵延最长的时段是醒来之前的第2阶段,若把那段时间砍掉一部分,你就会损失掉一段大脑用来帮你完善滑板动作、高难度钢琴指法、投篮起跳动作等技巧的时段。

这么学就对了
“如果你是为了准备明天的表演,比如说音乐独奏会,那么这幅图就在告诉你,不妨晚点睡,但不要起太早,”史密斯对我说,“可有些教练偏要让他们的运动员或者表演者早晨5点就必须起床,这简直是瞎胡闹。”
针对快速眼动睡眠阶段的睡眠也是同样道理。最长的一段是清晨醒来之前介于第1阶段和第2阶段之间的一整块,如果你要应付一次数学或化学考试,以及任何考验你针对不同模式及规律的判断能力的考试,那么最好晚一点睡,而且如果可能的话,早晨睡个懒觉。让公鸡把嗓子叫哑好了,不必理它。
我们再来看看深度睡眠这一段,即睡眠结构简图前半部分的几个深槽。如果你是要应付需要发挥记忆能力的考试,比如默写新学的单词或是填写化学元素周期表,那就要靠这一部分的缓慢脑波形了。要计划好你的学习步调,确保自己能在常规就寝时间上床睡觉,充分满足这段深度睡眠所需要的时间,然后早早起床,在天亮之前赶紧再复习一遍功课。

所有这些都是一个意思:如果你必须要点燃一截蜡烛的话,那么最好能预先弄清楚哪一截蜡烛能燃烧多久。

最棒的地方却在这里:也许你根本不需要点燃那截蜡烛。你不必挑灯夜战。

打个盹儿也算是睡眠。在最近10年间的一系列实验中,加州大学圣迭戈分校的萨拉·梅德尼克(Sara Mednick)发现,人在一小时到一个半小时的打盹儿过程中也常常会有慢波深度睡眠期以及快速眼动睡眠阶段。

这么学就对了
早上参加学习的人,无论是背单词还是对模式及规律的辨识,也就是说,无论是需要靠记忆力的学习还是需要靠深度分析能力的学习,在傍晚的考试中,那些白天睡过一小时午觉的人,成绩会比没有午睡的人高出大约30%。“通过这些实验研究,我改变了自己的工作习惯,”梅德尼克告诉我,“也改变了我的生活习惯。”
“在一些实验中我们发现,白天睡上一小时到一个半小时所得到的学习辅助效果,跟一整晚8小时的通宵睡眠几乎不相上下。”

睡眠增强记忆力、理解力、学习力

学习是桩费力的事儿,思考也是一样,它们都能以跟体力劳动差不多的速率把你的精力消耗殆尽。没错,的确有人能在连续狠狠动脑14个小时之后,还可以靠解几个谜题、听东欧流放诗人的诗朗诵来解乏。我替他们感到庆幸。至于我自己,应该更接近于迈克尔·加扎尼加他们当年那一拨人。

加扎尼加是我在第1章的故事中讲述过的人,就是那位在加州理工学院的实验室里没日没夜地钻研他的招牌项目,即大脑左半球与右半球的不同功用的神经科学家。“当年在我们加州理工学院的好多人,后来都成了大牌人物——理查德·费曼(Richard Feynman)、罗杰·斯佩里、默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)、西德尼·科尔曼(Sidney Goleman),但那时候我们才不会没日没夜地工作呢,”加扎尼加跟我说,“从某种角度上来说,我们都不能算是学者,因为我们到了晚上就跑去看演讲和文艺节目,那是我们的‘马蒂尼时光’。”

我们也快达到这种水平了。

让我们回过头来再说说杰尔姆·西格尔关于睡眠的理论,也就是这一章开篇时讲过的。他认为睡眠进化是对安全的保障,以免我们在狩猎、采集时太过于危险或劳而无功。在觅食容易、需要群体交往的时候,我们就应该醒着;而如果从事上述活动成本过高、得不偿失,那我们就应该去睡觉。

学习的科学
睡眠之所以占据了如此多的时间,恰是因为这对我们即时的、日复一日的生死存亡具有至关重要的意义。

但是也不能说学习,包括学校里、工作上、练习中的学习是生死存亡的关键,掌握一门功课或是技能不见得跟躲避剑齿虎之类的事情同样紧迫。但是,这一生当中我们能拥有的知识和技能会显得越来越重要,而且必须不断更新。

学习就是弄明白我们想做什么、善于做什么以及必要时我们能以什么为生。这也应该叫做生存之道。可是要弄清楚什么重要、什么不重要,尤其在我们还年轻的时候,那可真是一件棘手的事。生活的节奏快得令人眩目,我们必须随时应对来自父母、老师、朋友、对手等的大量信息和要求,而且还往往是相互矛盾的,因此,一天当中哪能有足够的时间来思考这一切都意味着什么。

这就足以让人相信我们的大脑在夜间所做的一切比保障生存更为紧要了。睡与醒的周期循环有可能是进化的结果,以确保我们能得到吃的而且不被吃掉。但如果这段“停机”时间可以被利用起来,那么进化理论告诉我们,它肯定就会被善加利用。你还能找出更好的途径来筛选白天接受的信息,并给那些看上去相当重要的内容打上标记吗?眼睛的一种跟踪技能、灌木丛后面那团规律移动的东西、邻居那表情古怪的一瞥、一个计算圆锥体积的公式、一个新的击球姿势、卡夫卡小说中一段令人不知所云的情景……要整理如此多种类的信息,睡眠完全有可能进化出不同阶段,以处理白天获得的各类完全不同的信息:无论是要靠记忆力还是要靠理解力,无论是热动力学还是修昔底德。

我并不是说每个不同的睡眠阶段都有独特作用,也不是说唯有快速眼动睡眠阶段才能让你处理数学难题、唯有深度睡眠才能帮你储存波斯语动词。任何一个曾经熬过一两个通宵的人都知道,我们完全可以一点睡眠都不用就学到一大堆的东西,至少能记住一小段时间。我想说的是,睡眠研究终于走到了今天这一步,结果表明,睡眠这5个阶段中,每个阶段都能以不同的方式来辅助我们学得更好。

西格尔的理论告诉我们,如果保持清醒所耗费的成本已经盖过了收益,那么继续筋疲力尽地熬着就没什么价值了。对此,“夜班理论”为我们提供了很好的解释:因为睡眠也同样具有价值,准确地说,是具有梳理、筛选、整合我们正在学习的功课或者动作的作用。这就叫做阴阳互补。清醒的时候学习效果自是最佳,等收效越来越低时就应赶紧去睡觉,再拖下去就是浪费时间了。而接下来的工作,睡眠会帮你继续完成。

我这个人从来就特别贪睡,可在需要学习的时候,这种癖好就实在是个妨碍了。其实不然。

学习的科学
最新研究表明,在失去意识的停机状态中,大脑实际上是在澄清记忆、深化技能——睡眠是完成这两项任务必不可少的步骤。换句话说,从本质上讲,睡觉就是学习。

从生物学上来讲,没人能说得明白大脑是如何整理一天中所有感官那极其庞大的信息输入的。针对睡眠的科学研究仍处于婴幼期。不过,该领域的领军人物之一,威斯康星大学的朱利奥·托诺尼(Giulio Tonony)发现,有证据表明,睡眠能大规模地弱化神经元与神经元之间在前一天形成的连接。还记得吗?我们清醒时,神经元每时每刻都在形成着各种连接网络。托诺尼认为,睡眠的首要功能就是解开那些在白天新形成的不必要的连接,同时“巩固那些连接网中形成的有意义的成果”。从生物学上来说,大脑通过对噪音的削弱把信号从噪音中剥离出来,而且很可能还同时对留取的信号加以了巩固。针对动物的研究还找到了直接证据,证明在睡眠期间,与记忆相关的不同脑组织,即第1章中所讲的海马和新皮层之间有“信号串扰”,仿佛大脑在回顾、存储一整天中最为重要的具体细节,并把新信息与旧信息整合到一起。

我所知道的这些肯定不是全貌。其实没人知道,也许永远没人能知道。睡眠的特性使得它简直就像是一个很不靠谱的同伴,在你需要睡觉的时候它却浅浅的、抓也抓不住,而在你最不希望自己犯困的时候它却偏偏要来纠缠你,这也同样使得对它的研究很难在科学家的严格掌控下进行。

未来,那些根据脑电波图形大致划分的几个不同的睡眠阶段也许会被更为细致的衡量标准所取代,比如说根据睡眠状态下人体内循环的化合物,或是根据不同类型的“信号串扰”等。照我个人的猜测,以调整睡眠作为加深学习的一种手段所带来的广阔前景必将吸引一些学者对其进行更长时段的实验,以比较不同时段对某些特定学习内容的影响。而这些影响仍然可能会在很大程度上因人而异,正如这本书前面已经讲述过的各种学习技巧一样。有些夜猫子也许会觉得早上爬起来学习效果极其糟糕,而有些喜欢早起的人到了晚上10点就迷迷糊糊人事不知。好在凭借“夜班理论”,我们至少可以拿自己来做实验,把睡眠调整得能对自己发挥出最大的作用来。

这么说吧:我再也不觉得白天打个盹儿或者晚上早早睡就表示我懒、我浪费光阴,甚至是我根本不愿意学习。相反,我现在把睡眠看作是闭着眼睛在学习。

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