學習的強大助力:在學習之間睡眠

新的研究表明,睡眠不僅有助於學習,還有助於“再學習”

良好的睡眠可以帶來改變。它的好處包括改善精力和情緒,增強免疫系統功能和血糖調節,以及提高警覺性和集中注意力的能力。鑑於所有這些好處,人類一生中有三分之一的時間用於睡眠,這在進化上是有道理的。然而,睡眠似乎還有另一個重要功能:幫助我們學習。在大量的記憶任務中——包括單詞列表、迷宮位置、聽覺音調等等——訓練後入睡比保持清醒能產生更好的表現。這促使許多睡眠研究人員得出了一個發人深省的結論:除了僅僅支援學習之外,睡眠對於學習本身至關重要,甚至可能直接負責。

神經科學的最新發現為這種可能性提供了見解。睡眠對於長時程增強作用似乎很重要,這是一種神經元之間訊號的加強,被廣泛認為是學習和記憶的機制。白天獲得的一些記憶似乎在睡眠期間被重新啟用和“重播”,這可能有助於使它們更持久。在某些情況下,記憶任務中出現的進步量與某些睡眠階段所花費的時間呈正相關。這些和其他發現正在睡眠研究人員中引起極大的興奮,同時也引發了關於睡眠在學習中可能可能起作用的程度的激烈辯論。

迄今為止,大多數睡眠和學習研究都集中在回憶上,即記住資訊的能力。然而,里昂大學的斯蒂芬妮·馬紮和她的同事們最近發表在《心理科學》雜誌上的新研究表明,睡眠還有另一個潛在的好處:提高再學習能力。再學習是指重新獲得遺忘資訊的過程。因為我們不可能記住所有遇到的資訊,所以經常需要回去再次學習這些資訊。這就是再學習發生的時候——例如,在準備考試、參加複習課程或僅僅是在一段長時間後重新審視一個主題時。根據這項新的研究,睡眠可以增強再學習能力:它可以使我們再學習的速度快一倍,效果好三倍。


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在這項研究中,40 名講法語的成年參與者學習了 16 對斯瓦希里語-法語的單詞對(例如,nyanya-tomate),在 12 小時(包括或不包括睡眠)後重新學習這些單詞對,並在 1 周後和 6 個月後測試他們對這些單詞對的記憶力。每位參與者都作為隨機分配的“清醒”或“睡眠”組的一部分完成了研究。在清醒組中,最初的學習課程在上午 9 點進行,再學習課程在同一天的晚上 9 點進行;在睡眠組中,最初的學習課程在晚上 9 點進行,再學習課程在第二天上午 9 點進行,經過一夜的睡眠。在學習課程中,參與者首先學習了所有單詞對。接下來,顯示每對中的斯瓦希里語單詞本身,而參與者試圖回憶起它的法語對應詞。每次嘗試後,都會顯示正確答案,允許參與者進一步學習。在每對詞成功回憶一次後,學習課程結束。在再學習課程中,參與者再次嘗試回憶每對單詞的法語單詞,然後繼續迴圈瀏覽整個列表,直到他們可以完美回憶起所有單詞對。因此,當再學習課程完成時,在過去 12 小時內被遺忘的任何單詞對都會被練習,直到可以再次正確回憶起來。

在最初的學習課程中,睡眠組和清醒組之間沒有觀察到表現差異,這表明兩組都發生了類似程度的學習。然而,在再學習課程中出現了顯著差異:睡眠組的參與者平均在第一次嘗試中回憶起 10 對單詞,而清醒組的參與者只能想起大約 7 對;此外,睡眠的人只需要大約三個迴圈就可以完成再學習,而沒有睡覺的人則需要兩倍的時間。即使睡眠組中表現最差的成員——那些比其他成員遺忘更多單詞對並且需要再學習最多的成員——仍然比表現最好(並且最不容易遺忘)的清醒組成員需要更少的迴圈來再學習。

除了令人印象深刻的結果外,在學習和再學習課程之間睡眠的好處在長期也顯而易見。一週後,睡眠組的參與者比清醒組的參與者正確回憶起更多的單詞對(平均為 15 對比 11 對),六個月後,他們的回憶表現雖然由於一些遺忘而減弱,但仍然比清醒組好三倍(平均為 9 對比 3 對)。因此,儘管兩組都在再學習課程中練習到了完美回憶的水平,但只有在再學習之前睡過覺的人才獲得了任何長期記憶益處。

睡眠組的參與者進行再學習對於他們長期表現的提高也至關重要。作為對主要實驗的後續研究,一個由 20 名額外參與者組成的對照組遵循了與睡眠組幾乎相同的所有程式,包括在每天的同一時間進行訓練並在初次學習後睡覺。然而,這些參與者沒有進行再學習課程,而是隻簡單地練習了一次單詞對列表。如果沒有再學習,他們隨後的回憶表現並不比清醒組好。因此,正是初次學習後睡覺,再加上進行再學習本身,產生了長期的記憶益處。

馬紮和她的同事們將他們的結果解釋為睡眠“轉化”記憶的證據,使初次學習的效果更強,並增強隨後的再學習能力。按照這種解釋,睡眠不僅可以防止記憶被遺忘,還可以使在再學習期間更容易恢復記憶。為了支援這一結論,作者指出,總睡眠時間與回憶和再學習表現呈正相關(參與者睡得越久,他們在兩方面的表現往往越好)。這種模式與之前研究中觀察到的模式相似,與兩種可能性一致:要麼是睡眠特有的機制促進學習,為改善再學習奠定基礎,要麼是睡眠允許經常發生的學習過程不受干擾地發生,這也促進了記憶並加速了再學習。這兩種可能性在本研究和相關研究中仍然可行,因此邀請未來的研究將兩者分開。

此外,雖然這項最新研究揭示了睡眠的一個重要且很大程度上未知的潛在好處,但仍然有待確定相同的益處是否會在其他情況下(例如,當再學習非語言材料時)顯現出來。還需要注意的是,馬紮和她的同事們讓他們的睡眠組和清醒組在一天中的不同時間進行訓練。在我和蒂姆·裡克德對睡眠和運動學習研究進行的最近的薈萃分析中,我們發現這種“時間變化”的實驗設計通常會導致睡眠組與清醒組相比表現更好,而與是否存在睡眠特有的學習益處無關。這可能是因為人類的疲勞程度、警覺性和其他特徵會根據一天中的時間和他們自然的睡眠衝動而變化——這些差異可能不一定會在睡眠研究的參與者經常被要求填寫的嗜睡調查中顯現出來(正如本研究中發生的那樣)。需要進一步的研究,其中睡眠組和清醒組不會受到如此廣泛不同的時間表的限制,以解決這個問題。

目前,這些新的結果表明,在學習課程之間睡覺可能是一種特別有效的學習策略,尤其是在學習者花時間反覆回顧和再學習以達到高水平表現時。例如,如果需要完全掌握一套材料,例如為執照考試準備的官方手冊,那麼這些材料應該在多個學習課程中並在睡眠期間反覆學習。將這些學習課程安排在睡前不久進行也可能有助於改善未來的記憶和再學習。在一個不間斷的睡眠之夜似乎越來越罕見的世界裡——而且我們中的許多人嘗試昂貴且未經證實的方法來改善學習和記憶——這些可能是一些更有力的理由來擁抱夢鄉。

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Steven C. Pan is a chancellor's postdoctoral fellow and learning scientist at the University of California, Los Angeles. His research involves using the tools of cognitive psychology and neuroscience to enhance human learning, memory and performance.

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