生命科學

睡眠學習不是夢

科學家發現了睡眠狀態下的大腦強化記憶的生理機制。

撰文/派勒(Ken A. Paller)、歐帝耶特(Delphine Oudiette)
翻譯/謝伯讓

生命科學

睡眠學習不是夢

科學家發現了睡眠狀態下的大腦強化記憶的生理機制。

撰文/派勒(Ken A. Paller)、歐帝耶特(Delphine Oudiette)
翻譯/謝伯讓


在赫胥黎(Aldous Huxley)的《美麗新世界》中,一個不會說英語的男孩,背下了一場英語演講中的每一個字。學習的過程是在男孩睡覺時播放演講,當他醒來後可以背誦出整場演講內容。小說裡反烏托邦世界的極權政府,應用這個方法來潛移默化人民的心智。睡眠學習在文學、大眾文化和古代傳說中屢見不鮮,以美國卡通頻道播映的動畫「德克斯特的實驗室」(Dexter’s Laboratory)為例,主角德克斯特有一次蹉跎時光來不及做功課,於是發明了可以在夜間睡眠時學習法語的裝置,隔日起床後就變成只會說法語的人。在睡眠中學習並非只是現代人的想像,也出現在藏傳佛教數百年來的傳統心智訓練方法中:在睡眠時輕唸某一咒語,可幫助僧人認知到夢中的事物皆是幻境。


一般人都知道,充份休息後的學習效果比較好,但是大部份的人都不相信可以在睡眠中學習。不過現在情況似乎變得有些複雜,因為一連串的研究結果顯示,學習的某一關鍵部份發生在睡眠狀態:新形成的記憶會在夜間重新浮現,而這個重新播放的過程可強化記憶,讓大腦永遠記住某些內容。


有些研究甚至探究了以操弄睡眠來增強學習能力的可能性。研究人員發現,睡眠時固化白天記憶內容的機制,可透過聲音和氣味強化。齧齒類實驗更發現了一種初步的記憶植入型式:在動物睡眠時施以電刺激,可教導動物醒來時走迷宮。至於在一夜之間把整本書逐字背下,那只是赫胥黎對於睡眠學習的想像,目前仍只存在於他1932年出版的經典作品中。不過,現在已有實驗指出,當人在深度睡眠時記憶有可能受到修改,這也為在睡眠中學習的科學奠定基礎。


心靈通話機


為了讓這些技術派上用場,科學家必須先研究一個問題,就是大腦進入休息狀態時,如何持續吸收資訊?大約在赫胥黎寫下《美麗新世界》的那幾年,操弄睡眠的科學研究剛好展開。1927年,紐約客薩利格(Alois B. Saliger)發明了一台「自動定時提示機」,這台機器可錄下訊息,並在夜間重複播放,薩利格把它命名為「心靈通話機」(psychophone)。這項發明似乎很類似赫胥黎想像中的科技,只不過是由使用者來決定訊息內容,而非國家統治者。


1930~1940年代,一些研究人員針對薩利格的發明進行後續研究,找到了一些看似有效的睡眠學習方式。1942年美國威廉與瑪麗學院的心理學家洛杉(Lawrence LeShan)發表了一篇論文,記錄了研究人員在夏令營治療男童咬指甲行為的實驗細節。在一間睡有20位男童的房間裡,洛杉使用攜帶式留聲機反覆播放「我的指甲嚐起來非常苦」。每晚在就寢時間開始後150分鐘重複播放此訊息300遍,持續54個晚上。最後兩星期留聲機故障,充滿毅力的洛杉便親自口述。結果發現,20名男童有8名不再咬指甲,另外20名對照組男童則無人改過。可惜這些早期研究,並沒有記錄生理反應以確定男童是否真的進入睡眠狀態,因此研究結果有待驗證。


1956年,此研究領域受到嚴重打擊。美國軍方智庫蘭德公司的兩位科學家使用腦電圖(EEG)記錄了96名受試者在睡眠中聆聽各種問題與答案時的腦部活動︰例如在南北戰爭前,美國第18任總統格蘭特(Ulysses S. Grant)當時在哪裡工作?(答案是五金行。)結果發現,隔天詢問受試者時,只有前一晚聽到資訊時腦波狀態顯示為清醒的受試者才能正確回答。這項研究結果導致睡眠學習領域轉移研究方向長達半世紀,研究人員對大腦能在睡眠狀態學習的可能性失去信心:這些實驗中的受試者似乎只有在尚未睡著時,才能接受到資訊。


當時的科學家開始避免睡眠學習這個主題,不過有些研究人員則開始專注於研究睡眠是否有助於記住新訊息。一項典型的實驗典範是測試睡眠剝奪是否會影響學習新事物的記憶力;另一項實驗典範是測試小睡片刻(與不小睡相比)是否有助於記憶。


各種混淆變因都可能干擾實驗結果,例如剝奪睡眠導致壓力增加,可能降低認知功能,使記憶能力變弱。認知神經科學家最後匯集了不同研究方法來處理這些挑戰,為數不少的實驗逐漸證實,睡眠確實能強化白天所獲得的記憶。這些發現重新建立了睡眠與記憶的關聯,並使睡眠學習成為受科學界認可的研究議題。許多研究人員專注於探討睡眠中的快速動眼(REM)階段,也就是做夢最頻繁且清晰生動的睡眠階段。


研究人員的假設是,大腦在睡眠時的記憶處理機制和做夢息息相關,但當時沒有明確證據。1983年,兩位知名的科學家(皆非心理學家)美國生物學家米奇森(Graeme Mitchison)與英國分子生物學家克里克(Francis Crick)大膽猜想,快速動眼睡眠和遺忘有關。美國威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員托諾尼(Giulio Tononi)和西哈利(Chiara Cirelli)也主張,睡眠可能弱化了既有的神經元連結,讓隔天學習新資訊時,大腦產生新連結比較有效率。


更多相關文章

2018年12月202期睡眠學習不是夢 雜誌訂閱

本期最新文章