可以邊睡覺邊學習嗎？睡眠時聲音和氣味線索能增強學習效果

我的母親有四個兄弟姐妹，所以趣聞軼事很多。其中，我最喜歡的是關於我那個「怪叔叔」 Dorsey 和他早期做科學小實驗的故事。大約是在我媽媽八歲時，他的哥哥，也就是 Dorsey 曾偷偷在她的床底下放了個錄音機，播放愛倫坡（Edgar Allan Poe） 的詩《烏鴉》（《The Raven》）（1845）。他先是每晚都播放這首詩的錄音帶，然後想試試她是否能夠背誦下來。我媽媽說她現在仍能背出那首詩的前幾行來，不過也就那幾行，因為當時她總是被那錄音吵醒。

我叔叔讓我母親「睡眠學習」這件事就從沒成功過，不過事實證明，他的這些科學點子也並不算全錯。「睡眠學習」（sleep learning）也稱睡眠教學法（hypnopaedia），已經開始被更多人來研究。包括我們實驗室在內的神經科學家們也在尋找在睡眠中使用諸如聲音線索之類的刺激來加強記憶的方法。

早期的研究人員與 Dorsey 叔叔犯了同樣的錯誤，並認為我們可以通過聽力滲透的方式在睡眠中學習新事物，就像在反烏托邦小說《美麗新世界》（Brave New World）（à la Aldous Huxley』s，1932）中一樣，那些關於這種睡眠學習的實驗，往往是以「睡眠就像催眠狀態」這樣一種假設為前提條件。

在 20 世紀 20 年代，一些研究人員認為他們可以通過在受試者睡覺時播放音頻的方式來教給他們全新的知識，基於此，隨後發明者就來開始銷售設備。它與動畫片《德克斯特的實驗室 》（《Dexter』s Laboratory》）中「大乳酪」（1996）那集里的情節沒有多大區別，裡面的天才男孩也嘗試過用一個巨大的裝置來在睡覺時學習法語，然而並沒有什麼作用。

直到 20 世紀 50 年代，研究人員才發現，睡眠教學法所吹捧出的那種效果根本不是由睡眠所致，相反，那些發明裝置實際上是在喚醒人們。研究者通過腦電圖（EEG）揭露了真相。因為 EEG 可以通過放置在頭皮上的電極來記錄大腦的電信號，通過監測受試者的 EEG 就可以知道睡眠學習者實際上是清醒的。至此，將睡眠作為一種認知工具的研究基本上終結了。50 年後的今天，我們知道睡眠是可能改變記憶的，但改變方式與從前預期的並不一樣。

2007 年，呂貝克大學（Lübeck University）的神經科學家比 Bj?rn Rasch 及其同事發現，與先前學過新事物有關的氣味可在睡眠中提醒大腦鞏固記憶。首先，研究者告訴受試者網格坐標上物體的位置，就像遊戲「濃度」（Concentration）中那樣，並在他們這樣做時給釋放玫瑰香氛。接下來，受試者睡在實驗室里，研究者等到最深的睡眠階段（慢波睡眠）時再次給予玫瑰香氛。然後，當他們醒來時，受試者對於網格上物體位置明顯記得更好。產生這種效果是有前提條件的，只有在學習過程中他們接觸到玫瑰的氣味，並且在慢波睡眠期間再次聞到這種氣味，記憶才能有增強效果。如果他們僅在清醒時或快速動眼期 (rapid eyes movement，REM) 睡眠聞到氣味，那就不能起效。

這真是太棒了。我們真的可以在學習時用氣味「標記」記憶，然後讓我們的大腦在睡眠中反覆學習嗎？自最初的論文發表以來，多項研究證實了這一發現，而且還出現了新的變化，如使用聲音代替氣味來進行提醒大腦鞏固記憶。

我在美國西北大學認知神經科學實驗室工作，我們團隊已有多篇論文證明，單個聲音可以鏈接到單個對象，並能被單獨重新激活。例如，你玩遊戲「濃度」，並知道貓在左下角，茶壺在右上角。當你學習貓的位置時，你會聽到喵喵聲，當你學習水壺的位置時，你會聽到一聲哨聲。把兩組項目學得同樣好之後，你就去睡覺。如果在慢波睡眠期間，我們只播放其中一種聲音，比如喵喵聲，那麼你將會把貓的位置記得更清楚。進而可表明，「喵喵聲」的睡眠暗示優先幫助了貓的記憶。這種選擇特定記憶來進行重新激活的能力被稱為目標記憶重新激活（targeted memory reactivation，TMR）。

之所以稱為 TMR ，是因為像這樣播放聲音提示，可以重新激活之前學習任務中對象位置的記憶。我所在的實驗室認為，這種記憶重播可以讓大腦加強記憶的描述，從而能更好地回憶。美國麻省理工學院的腦科學家 Daniel Bendor 和 Matthew Wilso 以小鼠為研究對象，給予小鼠與先前學習內容相關的聲音提示，確切地發現了這種預期中的記憶重播。

於是，神經科學家現在開始把 TMR 加以應用。我的小組近期的實驗項目，類似於電子遊戲「吉他英雄」，玩家要扮演音樂家的角色。普林斯頓大學博士後 James Antony 當年還是研究生的時候，曾在他設計的實驗中讓受試者學習兩首歌曲的旋律。這些旋律由四個音符組成，表現為下降的圓圈，像遊戲中一樣。在把兩首歌學得同樣好之後，受試者小睡了一下，Antony 在他們睡眠中播放了其中一首歌。當他們在睡醒後重新測試，結果表明，睡眠中播放的歌曲比未播放的歌曲分數更高。這樣想來，若要更快地學習一種新的樂器或歌曲，只需在睡覺時聽聽學過的旋律就好了！

雖然一些轉化研究已經在進行了，但我們仍然不知道 TMR 或睡眠暗示的應用範圍。在 2017 年的一篇論文中，我們實驗室博士後研究員 Laura Batterink 和其他的同事發現，TMR 暗示與 REM 睡眠結合可以讓受試者更好地回憶起在下午小睡期間那些得到過提示的辭彙。這項研究似乎提出了一個觀點，即當將線索提示的記憶整合到先前已經存在的記憶網路中時，REM 睡眠階段是可以發揮作用的。

我們還有些突出的問題尚未解決，包括：這種通過線索進行睡眠暗示的方法對語法學習會有效嗎？還是僅僅是對學習外語辭彙有效？它可以在當前的老齡化社會中幫助老人們維持記憶嗎？重新激活一些記憶是否意味著其他記憶可能更快地消失？

對於這些重新激活的記憶隨著這些線索可能發生怎樣的變化，我個人十分感興趣。通過線索激活的記憶，是保留細節的全部記憶？還是鞏固了記憶的「要點」同時又丟失了多餘的細節？ TMR 也許有助於鞏固各個方面記憶，僅對未經提示的項目才顯示出認知成本。

雖然解決這些問題的新項目一直在進展，但我們尚未深入了解睡眠中的腦活動。我們一生中大約三分之一的時間都在睡覺，對於睡眠這件事，問題多於答案。也許，怪叔叔 Dorsey 和他播放的愛倫坡詩歌磁帶，預示著睡眠研究的未來。

想看更多文章，還可以在公眾號「酷炫腦」 搜索關鍵詞：

原文鏈接：

how-sound-and-smell-cues-can-enhance-learning-while-you-sleep??

aeon.co

作者 | Sadie Witkowski

翻譯 | 樊響

審校 | 酷炫腦

編輯 | Mandy