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颠覆式学习

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本书作者:周林文

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近年来,人工智能的“无所不能”学说甚嚣尘上,好事者将人工智能与人脑相提并论之后,发出了一个千古难逢的哀号——人将不人。针对这一学说,周林文在《颠覆式学习》中指出,我们的恐慌情绪要不得,为什么会恐慌,因为我们并不了解人工智能。只有当我们了解了人工智能的原理及适用范围,我们才能增强“战胜”人工智能的信心与勇气。
人工智能并不具备真正的创造力,它只不过是基于数据进行推理,就像成年人依靠的是经验,而不完成是知识与技术,对于经验老到的人,对于所从事的工作无非是“唯手熟耳”。人工智能的价值在于把我们从烦琐事务中解放出来,去从事有意义的事情。

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开启脑中的“蓝牙”
一个来自荷兰和美国的神经科学家团队走进中学教室,想看看这种人与人之间的“蓝牙”连接现象是不是也出现在人们学习的时候。教室里有9名学生正在一起做生物实验。科学家们用脑电图来观察这些学生的脑波,看看他们在互相配合着做实验时,大脑里都发生了什么。如果两个人的脑电波频率和强度在他们互相合作的过程中慢慢地变得一致,在同一时间出现了非常相似的波形,那就说明发生了大脑之间的同步化(Brain-to-brain Synchrony)。随着课堂教学的进行,学生们开始分组合作,完成课堂作业。在这个过程中,科学家们发现了三种不同的同步化(如下图):第一种是学生们似乎结成了对子,和坐在自己旁边的同学发生了同步化;第二种是所有的9名学生彼此之间都产生了同步化;第三种更有意思,是8名学生的脑波频率慢慢地都变得和第9名学生的脑波一致,似乎后者是他们的领袖。同步化的现象在学生们一起观看视频和进行小组讨论的时候最明显。

来自Dikker et al.

脑电波

大脑是一个电器官,它能够释放出多达10瓦的电能。如果我们在头顶插上足够多的电极,收集到的电量就足以点亮一个手电筒的灯泡。这些电都来自神经元发出的电信号,神经元之间不停地发出这些信号来交流,而人脑中有大约1000亿个神经元。

颠覆式学习虽然电量比不上电鳗的放电器官,我们的大脑却有着自己独特的放电方式,这体现在四种不同频率的脑电波:当我们精神高度集中的时候,会产生β波,这种波的强度比较低,但频率却很快;当我们坐着放松的时候,会出现α波,这种波的频率比β波要慢,但是强度要高一些;如果彻底放松了,甚至有点迷糊了,那就进入了θ波的阶段,这种波频率比α波还慢,但是震荡的强度却更高,从它无拘无束的波形上就可以看出是在放飞自我;而当δ波出现时,频率是最慢的,意味着你已经睡着了。

人在做不同的事情时,脑电波的频率经常会处在这几个典型的波段之间。比如在学习语法或者数学运算这样的复杂规则时,我们会做练习,知道自己做对了的时候,脑电波会出现α-β波,也就是说脑电波的频率处于α波和β波之间;而如果知道自己做错了,脑电波会出现δ-θ波,也就是脑电波频率在这两者之间。知道自己做对和做错时会出现不同的脑电波,说明我们的大脑正在把这些都记下来,而且记忆成功的经验和失败的教训是不一样的方式。在学习开始时,大脑中会频繁地出现α-β波,这说明大脑正在不停地总结经验,并逐渐找到规律。随着学习的深入,大脑一旦掌握了规律,α-β波就会慢慢变少。

而人在学骑自行车时,又是完全不一样的情况。刚开始学习时,δ-θ波会经常出现,说明这时候我们主要是记住错误是怎么发生的,也就是说记住在骑车的时候怎样不断地倒向左边或者右边,然后再调整身体来避免左右摇摆。随后慢慢地掌握了骑自行车的方法之后,这种波形就很少出现了。

学习运算法则这样的学习方式被叫作外显学习,而像学骑自行车这样的学习叫作内隐学习。对于外显学习,我们可以详细地说出学到了什么,比如数学运算是怎么做的。但对于内隐学习却不能一步一步地描述出来。除了骑自行车,还有学习乐器和球类运动也是这样。科学家们很早就观察到这两种学习很不一样。之前我们说过裂脑人H. M.,在1953年的时候他的大脑被切除了一部分,这造成了失忆。但奇怪的是,他会忘记自己几分钟之前刚吃过早饭,却可以在失忆之后学会并记住复杂的运动技能。比如医生让他用笔描出画在纸上的五角星边缘,过程中不能看着自己的手和纸,只能看着镜子里自己的镜像。H. M. 能把这个做得很好。除了H. M. 之外,许多其他的失忆症患者也是这样,他们会忘了自己学过某些技能,同时又掌握了这些技能。这说明内隐学习和外显学习是在大脑中不同的部位进行的。

为了研究大脑的同步化对于学习的帮助,一个由法国和意大利的科学家组成的研究团队对两人学习小组进行了研究。他们招募了26名大学生,把他们分成两人一组,每个小组共用一台电脑。他们的任务是用最短的时间在电脑屏幕上的各种图形中找出一个特定的图形,比如绿色的三角形或者是蓝色的圆形。研究人员鼓励小组成员之间展开配合,他们可以通过说话来提醒队友要找的图形是什么,并且在这个图形出现的时候提醒队友一起按下按钮。每找到一个图形,学生们都会得到成绩反馈,告诉他们这次找对了没有、用了多少时间,并鼓励他们继续合作。在整个实验过程中,这些大学生们都戴着一种特殊的头盔(运用了功能性近红外光滑技术,fNIRS)来检测大脑皮层各部分的活动。结果发现随着实验的深入,学生们之间的配合越来越好,体现在准确率提高了、所用的时间也缩短了。而且随着成绩反馈,学生们大脑前额叶皮层的同步化也越来越明显,下图表示的是两个人大脑皮层中活跃部分的对比,左图是在接收到成绩反馈之前,右图是在接收到成绩反馈之后。右图中红色弧线表示是两人大脑中同步化明显增强的部位。

这种同步化的现象来自人们之间的共情。共情比我们通常说的同情要更进一步。如果说我们的朋友遇到了挫折,很沮丧,我们为他感到难过和惋惜,这是同情;而如果我们不仅是感到难过,还感同身受,似乎自己也遇到了挫折而情绪低落,这是共情。能产生共情的当然也可以是正面情绪,就像之前提到的在球赛中运动员们的情绪和竞技状态互相感染,甚至观众的情绪也被带动起来了。共情不但会让情绪传染,也会让我们下意识地模仿别人的动作,比如看到身边的人打哈欠,我们也会不由自主地打哈欠。

共情对于提升认知能力的影响有多个方面。它是社会的黏合剂,不但能够促进人们相互之间的理解,还能够缓解人的精神压力。精神压力会让我们的记性变差、注意力不能集中、反应迟钝,从而让学习效率降低。而与同伴或老师之间的共情则会缓解精神压力,这也是在一个学习小组中共同学习的好处。除了能够减轻压力,共情还可以让人从不同的角度思考问题,保持开放和活跃的思路,避免思维僵化和视野狭窄。这些都可以提高我们的认知能力,帮助提高学习效率。

“以人为镜”的学习方法
我们共情的能力来源于高度社会化的大脑。其实不只是人类,其他灵长类动物也具有类似能力。20世纪90年代,意大利帕尔马大学的神经科学家加莱西在猴子的大脑中植入电极来记录它们的大脑活动。有一天,加莱西坐在猴子旁边,一边看着电脑屏幕,一边下意识地伸手拿起桌子上的午餐。这时候,他发现猴子的运动皮层也活跃起来。本来只有在猴子自己伸手拿食物的时候才会这样,而猴子这时候只是一动不动地看着他,这马上引起了加莱西的注意。他反复试了几次,发现只要自己一伸手,猴子的运动皮层就仿佛也在发出做同样动作的指令,虽然猴子始终只是安静地坐在那里。加莱西觉得这就像是在照镜子,只要自己一动,镜子里的人也会跟着动,只不过这个“镜子”在猴子的脑子里。于是,猴子脑子里的这些能够跟着别人的动作而产生兴奋的神经元就被叫作镜像神经元(Mirror Neurons)。

后来在人脑中也发现了这样的镜像神经元。美国加州大学洛杉矶分校的科学家发现,当人被针扎时,大脑的前扣带回皮层会有反应;而当人看到别人被针扎时,前扣带回皮层也会有同样的反应。后来科学家们陆续在大脑的运动和感觉皮层发现了镜像神经元,这些神经元在我们自己做动作和看到别人做动作的时候都会发生兴奋。这些发现不但可以解释共情是怎么来的,而且也说明,我们通过在大脑中默默地模仿别人来感知和理解别人的行为。当我们试图去理解别人的时候,并不是通过推理去猜想别人在想什么,而是试着在脑子里做一遍别人正在做的事。这样可以设身处地,通过体验的方式来领悟别人的意图。

还有一个有趣现象是,当我们看到那些自己很熟悉的动作时,镜像神经元会更加活跃。一项发表在《自然》杂志上的研究指出,职业篮球运动员在观看别人投篮的视频时,他们的镜像神经元比普通球迷和篮球评论员看同样的视频时要更加活跃。由于职业运动员每天都要进行许多次的投篮训练,这些动作早就在他们脑子里根深蒂固了。而这种来自身体的记忆又反过来影响镜像神经元,让它们更加敏感,这也是一种具身认知的体现。 [此书分享V信 getvip365]

不过在日常与人接触的时候,肯定不只是在默默观察他们动作,我们还要说话,通过语言来增加了解,让配合更默契。那么问题就来了,怎样说话才会让我们的大脑更快地同步化呢?这跟我们说话的方式有关系。

也许你首先想到的是我们说话的内容很重要,因为毕竟说话的目的是传递信息,要简洁明了地让对方听懂我们要说的。这当然没错,语言表达很重要,但还不够。

交流的时候,我们会希望跟别人产生共鸣。产生共鸣需要什么?如果你去翻物理书,它会告诉你共鸣需要振动的频率跟物体的固有频率吻合。那我们大脑接收语言信号的“固有频率”是什么?科学家们发现这个频率是3~8赫兹,也就是每秒钟说3~8个音节,这样说话不快不慢。

镜像神经元出问题了会怎么样?

镜像神经元的电活动能够让我们在大脑中模仿自己看到的动作,这种“默默”的模仿帮助我们更好地理解别人,让我们形成一套理论来解释别人的意图和行为,这个理论叫心智理论(Theory of mind)。心智理论让我们可以猜到别人是怎么想的,于是做出相应的回应,这对我们的社交很重要。

所以要是镜像神经元出问题了会怎么样?神经科学家们发现自闭症患者的镜像神经元就存在异常,不能够像正常人那样对看到的行为进行模仿,于是自闭症患者就不能形成心智理论来解释别人的行为和背后的意图,这让他们丧失了交往能力。不能够理解别人的动作,也影响到自闭症患者学习这些日常的动作,让他们自己的行动显得很不自然。这里说的动作既包括肢体的动作,也包含面部肌肉的动作——表情。自闭症患者不能很好地读懂别人的表情,这也妨碍了他们跟别人的交往。

之前我们说到镜像神经元还可以让两个人的大脑发生同步化,这种同步化在父母和孩子之间很普遍,而如果亲子之间缺乏同步化,则说明孩子可能患有自闭症。

除了自闭症,镜像神经元的异常还会增加患精神分裂症和抑郁症的风险。

同时,在说话的两个人还必须面对面,这样可以看到对方的嘴在以3~8赫兹的频率一张一合。有人计算出:看着说话人的嘴,起到的交流效果相当于对方把声音提高了15分贝。如果在说话的时候配上动作和手势,效果就更好了。因为这个时候我们不只是在用大脑的听觉系统,还用到了视觉系统,这样就把接收到的信号增强了很多倍,就像第二章说的,我们不愧是视觉动物啊!

其实不只是人类,鸟类也是如此。20世纪80年代,有生物学家观察鸟类是怎么学会复杂叫声的,他们发现,小鸟如果只是通过听录音来学习叫声,要花很长的时间,而且学得也不像。要是让小鸟跟着成年的鸟面对面地来学,效果就好多了。

共情荷尔蒙
镜像神经元能够促进人与人之间的相互理解,进而产生共情。不过科学家们发现,共情的背后还不只是镜像神经元在起作用。神经科学家保罗·扎克在一次旅途中,因为在飞机上觉得无聊,就开始看电影。他看的是著名导演伊斯特伍德的《百万美元宝贝》。影片中描述的父女情和曲折的情节让扎克为之动容,竟然在飞机上看得哭了起来,让周围的人觉得惊讶。扎克自己也觉得不可思议,作为成年人竟然在公共场合哭泣。尴尬之余,扎克开始思考自己为什么会被电影打动,毕竟电影说的都是别人的事啊,自己在看电影的时候却十分投入,仿佛电影里就是自己的女儿。

作为神经科学家,扎克常年来一直在研究一种神奇的化合物——催产素。这种化合物由人的下丘脑产生,而后通过脑垂体分泌到血液里,是一种重要的荷尔蒙。催产素有许多功能,最早科学家们发现催产素时,知道它可以让孕妇在分娩时促进子宫收缩,还能刺激乳腺分泌乳汁,所以才叫这个名字。但后来科学家发现催产素的功能远不只这些。扎克在研究中就发现,当一个人感受到来自别人的信任时,他的下丘脑就会产生催产素,对别人的信任做出回应,于是让人与人之间产生相互的信任感和安全感。让人意外的是这种由催产素导致的信任感还可以存在于陌生人之间,即使是这些陌生人只在网络上遇到、并没有见面。

除了这些,催产素还具有缓解疼痛的作用。当人感到疼痛的时候,下丘脑也会产生催产素,并通过脑垂体分泌到血液中来镇痛。于是扎克很快就想到,是不是看电影也能够刺激下丘脑产生催产素,他打算通过实验来验证自己的假设。首先他挑选了情节曲折的电影,这个电影有两个版本。一个版本是一位父亲对着镜头在跟观众描述自己的困境:他的儿子得了脑癌,只能活几个月了,他看着此刻还在无忧无虑地玩耍的儿子,不禁悲从中来,不知道该怎么面对。最后,这位父亲终于鼓起勇气,跟儿子一起尽情享受这生命中最后的美好时光,并陪儿子走到了最后一刻。

在另一个版本的电影里,同样是这位父亲和儿子,他们一起在动物园里度过了难忘的一天。电影没有直接提到儿子得了癌症,只是儿子的头是秃的。这个版本的故事比较平淡,是用来作为对照的。

然后扎克让志愿者们看这两个版本的电影,并且在看电影之前和看完之后分别抽一次血来检测其中的催产素含量。实验结果不出所料,看完第一个版本的电影之后志愿者们血液中的催产素水平明显提高,而且催产素提高得越多,志愿者对影片中人物的共情程度就越高。在看完电影之后,扎克还号召志愿者们给慈善机构捐款,发现共情程度越高的人越可能捐款。这充分证明了催产素、共情以及人们的利他行为之间的关系。利他行为是团队合作的黏合剂,优秀的团队需要成员的自我牺牲。扎克后续的实验也发现,催产素水平升高之后人们变得更愿意合作。扎克随后把研究结果用在企业的团队建设中,这在学习中也一样适用。

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