人脑最伟大的才能：学习能力

•费利佩小朋友、画家失去了右脑依然可以画画

•人脑的两面性：极大的韧性和不确定性​

•我们的脑是一座奇妙的宫殿，它包含的细节比“建筑师”用来建造它的蓝图多出数十万倍！唯一的解决方法是：按照建筑师的指导方针（即我们的基因组）完成宫殿的结构框架，而细节则留给“项目经理”，他可以结合地形（即环境）调整蓝图。因此，将人脑的所有细节预先“布线”是完全不可能的，需要通过学习来补充基因组的工作。​

•我们不是简单的智人而是教育智人，一种能够进行自我教育的物种。我们对世界的大部分认知并不是由我们的基因遗传给我们的，而是从环境或周围的人那里习得的。除人类以外，没有任何一个物种能够如此彻底地改变其生态环境，​

•除人类以外，没有任何一个物种能够如此彻底地改变其生态环境，人类从非洲大草原迁移到沙漠、山脉、岛屿、极地、洞穴、城市，甚至太空，所有这些都是在几千年内完成的，学习为这一切推波助澜。从发现火种到制造石器、发展农业、探索世界，再到发现原子裂变，人类的故事是不断进行自我重塑的故事。所有这些成就的根源在于：我们的脑有着提出假设并选择适合环境的假设的这种非凡能力。​

•学习是我们人类的创举。在我们的脑中，数十亿的神经元参数可以自由地适应我们的环境、语言和文化，以及我们的父母和食物……这些参数是经过精挑细选的：在进化过程中，达尔文的进化算法仔细地勾勒出哪些神经回路应该预先“布线”，哪些应该留给环境去决定。对人类这个物种来说，学习的意义重大，因此人类的童年时期比其他哺乳动物的要长得多。​

•教育是我们脑的主要加速器。教育支出在政府支出中位居前列是合理的：没有教育，我们的大脑皮层回路就会像一颗未经加工的钻石。我们的大脑皮层在阅读、写作、计算、数学、音乐、空间、记忆等方面带来的改善造就了社会的复杂性。​

•一个受过教育的人的短期记忆，即他能重复的音节数量，是一个从来没有上过学的成年人的2倍左右。一个人每多接受一年教育，他的智商测试分数就会提升好几分。​

​人工智能的威胁​

•今天，人类智力面临着新的挑战：我们不再是最会学习的物种，学习算法正在各个知识领域挑战人类这一物种的独特地位。这些算法让智能手机可以识别面孔和声音、转录语音、翻译外语、控制机器，甚至可以下国际象棋和围棋，而且比我们做得更好​

•虽然目前计算机科学的进步令人着迷，但它们的局限性也是显而易见的。目前机器的深度学习算法只是模拟了人脑的一小部分功能，这一部分对应到我们知觉加工的第一阶段，即人脑以无意识方式处理信息的前两三百毫秒。当然，这种类型的加工绝不是肤浅的：我们的脑可以在几分之一秒内识别出一张人脸或一个单词，并将它放在上下文中去理解，甚至把它整合成一个短句子……然而，这个过程的缺陷是，它严格地遵从了自下而上的传输方向，没有任何反思的机会。只有在更慢、更有意识、更具思考的后续阶段，我们的脑才会设法发挥其所有的演绎、推理和灵活性能力。这些都是今天的机器远远无法比拟的。即使是最先进的计算机体系也无法拥有任何人类婴儿构建抽象世界模型的能力。​

•即使是在计算机的专长领域，例如对形状的快速识别，现代算法的效率仍然远远低于人脑。机器学习的最新前沿涉及在计算机上运行数百万，甚至数十亿次训练尝试。事实上，机器学习已经成为大数据的代名词：没有海量数据集，算法很难提取并概括新情况中的抽象知识。换句话说，机器并没有最高效地利用数据。​

•婴儿不需要超过两次的重复就能学习一个新单词。他们的脑可以最大限度地利用极其稀少的数据，这一能力在今天的计算机中仍然难以实现。神经元的学习算法通常接近最优化的运算：它们设法从最细微的观察中提取出本质。​

•即使是婴儿也能理解概率。从出生起，概率理论似乎就深深地植根于他们的脑回路中。孩子的行为就像初露尖角的小科学家，他们的脑中充满了类似于科学理论的假设，通过生活经验来检验这些假设。概率推理允许我们逐渐排除错误的假设，只保留对数据有意义的理论。​

•只有智人才能系统地生成抽象思维的符号，并在面对新的观察时更新这些思维的可能性。​

先天：婴儿大脑不是白板​

•早在几个月大时，婴儿就已经知道世界是由移动的连贯物体组成的，物体占据着空间，不会无缘无故地消失，也不会同时出现在两个不同的地方。​

•婴儿会对违反物理定律的情况表现出惊讶婴儿很早就拥有数学、物理学甚至心理学直觉。​

•假设婴儿看见一个物体被藏在了屏幕后面，接着藏了第二个。结果屏幕撤去后只有一个物体，婴儿会对这一预料之外的场景表现出惊奇，并进行长时间的研究。可如果他们看到的是预期中的两件物体，他们只会看一眼就不看了。​

•研究者先是向婴儿展示了一个透明的箱子，里面装着随机运动的四颗球，三红一绿。箱子底部有一个出口。箱子在某个时刻被遮盖住，然后一个绿色或红色的球就会从底部滚出来。值得注意的是，婴儿的惊讶程度与他所看到的东西的“不可能性”直接相关：如果是红球，就是最可能事件，因为盒子里大多数球都是红色，婴儿就只会简短地看一眼红球。但如果是绿球，就是比较不可能的事件，因为绿球出现的概率仅有1/4，婴儿就会注视绿球更久。​

​•婴儿展示了一个不透明的箱子，里面装的东西是未知的。然后，我们带一个蒙着眼的人进来，这个人从箱子里随机依次拿出一连串的球，其中大多数是红色的。婴儿会推断出箱子里一定装着大量的红球吗？是的！当我们最终打开箱子发现大多数竟然是绿球的时候，他们非常惊讶，注视时间比看到箱子里装了大量红球时更久。他们的逻辑简单严谨：当盒子里装的大多是绿球时，为什么会随机抽出如此多的红球呢？​

•面孔感知：像面孔的三个点比像金字塔的三个点更吸引胎儿。人脸识别似乎在子宫内便开始了。​

•语言本能：6个月大的时候，婴儿已经从他们的环境中提取出出现频率较高的单词，如baby（宝贝）、daddy（爸爸）、mommy（妈妈）、bottle（奶瓶）、foot（脚）、drink（喝）、diaper（尿不湿）等。在婴儿生命的头一年，他们的语言学习速度非常快。果然，我们观察到两个月大的婴儿在听到母语时，被激活的脑区与成人完全相同​

•达尔文在《人类起源》语言“当然不是真正的本能，因为每种语言都必须被习得”，但是“获取语言的倾向是一种本能”。我们的天赋是学习任何一种语言的本能，这是一种不可抑制的本能，即使是被剥夺了说话能力的人，也会在几代人之后自发发展出其他形式的语言。​​

后天：大脑超强可塑性​

•尼科只用他的左脑就可以创作出惊艳的画作。在三岁接受了脑半球切除术，即完全切除了右脑，从而结束了令他绝望的癫痫。他的口语和书面语、记忆、空间能力都很出色。他甚至获得了信息技术专业的本科文凭。最重要的是，他拥有画素描和油画的卓越天分。​

•尼科的左脑掌握了那么多功能，而且这些功能在平常人身上一般是与右脑相关联的。比如，尼科能够将注意力放在整幅画上并将这幅画的空间结构复制下来。他理解对话的语调中附带的讽刺意味并依此猜测出对方的想法。如果同样的损害发生在成人身上，这些功能受到的损害将无法挽回。​

•尼科的脑可塑性是有限的，它被引导并大规模限制在神经回路中。在对尼科的脑进行一系列扫描测试后发现，他将自己所有学习到的技能全都传输到了未受损的左脑，且未颠覆其正常组织结构​

•脑的可塑性既是强大的，又有其局限性。所有联结组织可以也必须随着我们的生活、成长、学习而改变。​

•卡哈尔，第一个运用显微镜绘制出脑微组织图谱的人，是一位天才绘图者。卡哈尔在没有照相机等拍照设备的情况下，绘制出了简单但真实的神经回路图​

•突触是神经系统的计算单元，是脑的微处理器。我们的脑包含了大约一千万亿个突触。​

•在人的一生中，我们的突触一直在不断改变，而这些改变反映出来的就是我们的学习。每一个突触都是一个小型化工厂，这个工厂里的许多参数都会在学习过程中改变，包括囊泡的数量、大小，感受器的数量、效率，甚至突触自身的大小和形态。​

•重要的事情才会被记录在突触：你能够记得2001年9月11日在你得知世贸中心被袭击时自己正在做的事情的所有细节，因为那天一场神经递质的飓风快速席卷了你的脑回路，导致突触被大规模改变。有一个回路格外重要——杏仁核，即一组主要受强烈感情控制的皮层下神经元，它们会发送信号给附近的海马，那里储存着关于我们存在的重要情境。因此，突触的改变凸显了脑中的情感回路所认为的最重要的生活事实。​

•关于记忆​

工作记忆：短暂​

情景记忆：海马体，编码情景​

语义记忆：到皮层的转换，整合，总结到知识图书馆，长期记忆​

程序记忆：重复，更被复制，无意识。​

记忆可以被植入​

•大脑硬件会因为学习发生改变：突触是学习的缩影，但不是人脑中唯一发生改变的机制。当我们学习时，新突触的形成迫使神经元也在轴突和树突上长出新的分支。轴突会为自己裹上一层绝缘体——髓鞘，就像包裹电线的绝缘胶带一样，确保电流通过时不会短路。轴突被使用得越多生成的髓鞘也会越多，从而使绝缘效果更佳，传递信息的速率就会更快。​

•一个人阅读得越流畅，这些脑区被书面文字激活的程度就越高，它们之间的联系就越紧密：随着阅读变得越来 越自动化，将字母转换为声音的速度也就越来越快。​

•把一位在儿时就学会了阅读乐谱的音乐家和一个从未学过音乐的人作比较，前者视皮层中专门用于音乐符号的 脑区的面积是后者的两倍。​

•婴儿是真正的“学习机器”：在生命的前几年中，他们的脑可塑性非常强大。锥体神经元的树突以惊人的速度成倍增长。刚出生时，婴儿的皮层看着就像飓风后的森林，稀疏地散布着干秃的树干。生命的前6个月就是新生儿脑的“春日”，神经联接和分支会成倍增加，直到形成一片密集的雨林​

•学习有敏感期/窗口期：脑突触过度的过度产生在视皮层会在两岁左右停止，在听皮层会在三四岁停止，在前额皮层则会在五到十岁停止。髓鞘化，即轴突周围包裹绝缘体，按照相同的规律发展。​

•学习的潜力会减弱，但绝不会完全消失。在成年后，学习外语音素的剩余能力具有巨大的个体差异。对大部分人来说，尝试在成年后将一门外语说好是个无底洞般的工程。​

•婴儿是学习语言的冠军，出生时，他们就能区分任何语言的所有音素。无论他们在哪里出生，有什么基因背景，他们只需要沉浸在语言环境里几个月（可以是单语种、双语种，甚至是三语种），他们的听力就会与周遭语言的音系相适应。成人则失去了这项卓越的能力，说日语的人在英语国家生活一辈子，也无法区分R和L的发音，永远会把right与light、red与led混淆。​

•人的语法学习能力在童年时期缓慢衰退，到17岁时急速下降。因为语法学习需要时间，研究者们建议孩子从10岁以前就开始学一门外语。​

•童年早期是一个非常敏感的时期，大部分儿童的脑回路最容易被改造。随着年龄的增长，突触的可塑性逐渐流失，使学习变得越加困难。​

•并非越早越好：虽然早期学习更容易，大部分的学习并不是在三岁之前发生的。

幸运的是，我们的脑会保持韧性很多年。在童年早期这段幸运的时期之后，神经可塑性会减弱，却绝不会消失。它会从边缘感觉区域开始，随时间逐渐衰退，但高级别皮层区域会维持自己终身适应的潜能。​

•资质先天论与支持后天论的两方都是正确的：孩子的脑既有遗传所带来的固有结构，又具有可塑性。刚出生时，所有的孩子都装备有一整套由基因塑造的特殊回路，这些回路本身是由物种数千万年的进化所形成的。这种自组织性使婴儿的脑对几个主要知识领域有着深刻的直觉：控制物体及其运动的物理感觉；空间导航的技巧；对数量、概率和数学的直觉；对他人天生的热爱；甚至是语言天赋。但进化也的确为许多学习机会敞开了大门，不是所有的事情都是由孩子出生时的脑决定的。​

•在生命最初的几年里，基因会引导神经回路的过度生长：突触的数量是实际所需数量的两倍。在某种程度上，神经回路的这种最初的过度生长是以一种我们还没有完全理解的方式，为我们基于对世界的认识所形成的心理模型开辟了一个巨大的空间。与成人相比，儿童的脑充满了各种可能性，能够在更广泛的领域探索各种假设。每个婴儿都对所有的口语、所有的文字、所有可能的数学保持开放——当然，前提是要在人类这个物种的遗传的限制性之内。​

•婴儿的脑还具备另一种与生俱来的天赋：它有强大的学习算法，能选择最有用的突触。​

•人脑在我们一生中都保持着某种程度的可塑性，尤其是在前额叶皮层等高级脑区。只是所有实验结果都表明，早期干预的效果是最佳的。​

•我们的学校是为了充分利用发展中的脑可塑性而设计的教育机构。​

•早在18个月大的时候，孩子每天就能很容易地学会10～20个单词，但条件是得有人跟他们说话。家人和朋友必须满足他们对知识的渴求，随时随地使用丰富的词汇、优美的句子来“喂养”他们。许多研究表明，儿童在3～4岁时的词汇量直接取决于他们在0～2岁里跟大人说话的数量。只让他们被动地听是远远不够的，主动的、一对一的互动必不可少。​

•中年人的机会：流体智力和晶体智力

作为当今脑科学/认知科学领域最卓越的天才科学家，迪昂告诉我们学习是人类大脑最厉害的功能。

《精准学习》 作者：[法] 斯坦尼斯拉斯·迪昂 译者：周加仙

迪昂​

法兰西学院实验认知心理学教授、著名认知神经科学家，研究涉及脑与学习、意识、数学、阅读等多个领域，在《自然》《科学》等国际权威杂志上发表400多篇文章，开创了一系列研究意识的实验彻底改变了神经科学领域​

2014年，迪昂同其他两位科学家共同获得了有“神经科学界诺贝尔奖”之称的“脑奖”​

敢于挑战脑科学研究的终极问题：大脑是人类自身最大的未解之谜，宛若研究领域最闪耀的一顶王冠。人脑拥有目前人类已知的最复杂的结构，脑科学是当代前沿科学之一，解析脑的奥秘是人类认知面临的重大挑战。它所包含的神经细胞总数达860亿，这些细胞并非独立存在，而是通过数量高于神经细胞数千倍的突触联结起来，形成神经环路。