世界充滿了值得學習的事物。從哪裡開始？如何選擇關注什麼？是什麼激勵人們尋求新知識？
學習的渴望部分是對新奇事物的偏好：我們傾向於尋找新的資訊和經驗，這增加了我們所知道的。我們也喜歡減少不確定性。資訊可以帶來食物、安全、人際關係和其他物質獎勵。但科學家現在認為，這些驅動力結合成一種更復雜的衝動，這種衝動可能對學習至關重要，即使在——或許尤其是在——沒有即時回報的情況下。我們只是好奇。
我們通常以一種特定的方式感到好奇：我們想更多地瞭解我們已經瞭解一點的事物。“你可以將好奇心視為引導知識獲取的過程，”加州大學伯克利分校的神經科學家塞萊斯特·基德說。我們會在內心跟蹤我們的學習情況，或者說我們的學習進度，當好奇心高漲時，學習會更容易、更愉快。遵循我們的直覺似乎是探索世界的一種特別有益的方式。“如果你在學到東西后感到積極，那麼你現在就理解了學習的樂趣，這會激勵你下次學習，”德國圖賓根大學的教育心理學家村山航說。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
基德和村山航是眾多研究人員中的一部分，他們來自神經科學、教育、心理學和計算科學等不同領域，對好奇心感到好奇。這項新研究較少關注作為個人特質的好奇心——許多學者和藝術家都擁有這種特質，就像閱讀這篇關於好奇心的文章的您一樣——而更多地關注好奇心的可變狀態。我們每個人都有能力產生好奇心，但什麼激發並維持了它？
科學家們正在拼湊出我們通常認為的好奇心背後的大腦過程，即渴望瞭解的渴望。他們正在識別大腦如何專注於新奇事物、應對不確定性、觸發獎勵網路和鞏固記憶。研究人員也開始明白為什麼好奇心可能如此重要。
“顯而易見的是，我們應該重視的是學習。”——認知神經科學家傑奎琳·戈特利布
這種本能有時可能是危險的——好奇心害死貓是出了名的——但總的來說，它似乎以促進生存的方式鼓勵探索。劍橋大學的比較心理學家維克多·阿朱翁說，即使在目的不明確的情況下收集資訊，也能讓我們構建更準確的世界心理模型，他研究了老鼠、金魚和墨魚的好奇心元素。“這對你未來會有用，”他說。
法國國家資訊與自動化研究所波爾多分部的皮埃爾-伊夫·烏德耶說，好奇心（發生在當下）與發展和進化的更長時間尺度之間的這種聯絡是一種新的思維方式。設定自己的目標似乎可以提高動力，讓學習在挑戰和挫折之間的最佳點綻放。俄羅斯教育心理學家列夫·維果茨基稱之為“最近發展區”。但直到最近，人們才很少關注認知上可能發生了什麼，才使得好奇心的最佳點如此，嗯，甜蜜。
所有人都知道什麼是好奇心，我們通常認為這是一種積極的特質，並將其與內在動機、創造力和思想開放聯絡起來。有影響力的早期思想家捕捉到了重要的方面，這些方面至今仍被認為是正確的。1966年，心理學家丹尼爾·伯林認識到，好奇心可能與感知有關，例如當我們注意到視覺上的不協調，比如馬群中的斑馬時，它可能是特定的或廣泛的。1994年，行為經濟學家喬治·洛溫斯坦推測，好奇心是由填補資訊空白的需求引起的。
基德說，理解好奇心是如何運作的，意味著理解“人們如何形成他們對世界的信念，以及他們如何改變想法”。對好奇心的神經基礎和作用進行更深入的分析，可能會向教師展示如何更有效地接觸學生，使計算機科學家能夠編寫人工智慧系統以高效學習，並減輕某些精神疾病帶來的痛苦。瞭解如何促進對其他型別的人和文化的好奇心，甚至可能有助於使世界變得更美好。
好奇心直到現在才受到很多科學關注，因為它很難定義。所有了解的衝動都是由好奇心驅動的嗎？在今年早些時候發表的一篇評論中，弗吉尼亞大學的傑米·J·吉魯特和她的同事們認為，好奇心“必須源於對資訊本身的內在渴望”。因此，例如，一個孩子問為什麼會出現彩虹，如果他們剛剛看到彩虹，那麼這可能是出於好奇心——但如果這個問題是由第二天的科學考試引發的，則不是。（好奇心也不是渴望知道活檢結果，那更像是恐懼。）一些研究人員將資訊尋求作為一個整體來研究，而沒有試圖區分好奇心。
好奇心有時會令人不安，甚至痛苦。例如，渴望知道魔術秘密的人已經願意接受輕微的電擊，以此作為更快滿足好奇心的代價。酒吧裡的爭論促使吉尼斯啤酒廠的一位主管建立了該公司的同名紀錄大全，然後在飲酒場所分發了第一批副本，以便立即解決未來的分歧。（你有沒有想過一家啤酒公司和世界上最大的線球有什麼關係？）
“不同年齡和背景兒童的好奇心”，作者：傑米·J·吉魯特、娜塔莉·S·埃文斯和麗莎·K·索恩，發表於《自然評論心理學》，第3卷；2024年8月；由珍·克里斯蒂安森重新設計
不過，更多時候，好奇心是令人愉悅的。研究表明，我們很樂意避開劇透，以免失去戲劇展開的樂趣。如果你錯過了超級碗或《繼承之戰》的系列結局，你可能會想方設法避免過早知道發生了什麼。如今，我們都隨身攜帶數字參考圖書館，一旦出現令人煩惱的問題，我們就很難抗拒使用它們的需要。研究人員透過評估谷歌搜尋答案的衝動強度來衡量舌尖效應，這種效應會增強好奇心。（恰如其分的是，他們也將這種感覺比作“輕微的折磨”。）
令人愉悅的可能正是對答案的期待。更高水平的好奇心會導致紋狀體等區域的活動水平更高，紋狀體與多巴胺的釋放有關，多巴胺是最常與獎勵感聯絡在一起的神經遞質。多巴胺的聯絡“似乎與好奇心是一種內在獎勵的觀點產生共鳴，然後它肯定是一種激勵因素，”哥倫比亞大學祖克曼研究所的認知神經科學家傑奎琳·戈特利布說。
為了弄清楚資訊本身就是一種獎勵，神經科學家不得不展示大腦如何區分物質獎勵和資訊。這項工作始於猴子，猴子是科學家們認為好奇心存在的第一個其他物種，他們擔心人類中心主義的過度解讀。（對於好奇的喬治的粉絲來說，這並不奇怪。）明尼蘇達大學的神經科學家本傑明·海登和他的同事們設定了一個實驗，猴子可以得到水作為獎勵，研究人員讓他們有機會提前知道獎勵是否會來。猴子們有 80% 到 90% 的時間選擇提前得到提示，甚至願意為了知道結果而失去更大的獎勵。海登說，它們實際上是在說，“我太好奇了，我現在就想要這個資訊。”
祖克曼研究所的博士後研究員、心理學家詹妮弗·布塞爾進行的一項研究表明，小鼠似乎也表現出同樣的傾向。此外，在猴子和小鼠中，眶額皮層 (OFC)（參與決策的早期階段）的神經元對水獎勵和預測這些獎勵的線索（資訊）的反應不同。OFC 神經元編碼諸如水量之類的細節作為獨立變數，以便稍後進行比較，這有點像將要輸入到它們選擇中的原材料。
“可能有一種驅動力進化而來，用於學習新事物和收集資訊，因為在自然界中，對於動物來說，99% 的時間資訊是有用的，”布塞爾說。“從進化角度來看，你必須推動生物走出洞穴，即使它害怕有捕食者來襲。”她說，如果大腦建立一個將收集資訊和減少不確定性視為獎勵的系統，“這在某種程度上解決了問題”。
華盛頓大學聖路易斯分校的神經科學家伊利亞·莫諾索夫等人 2024 年的一項研究表明，為了反映好奇心的進化意義，獲取 OFC 神經元編碼的原始材料並將兩種不同型別的價值（資訊和物質獎勵）整合在一起的工作，發生在位於中腦的一個叫做外側韁核的小而古老的結構中。莫諾索夫說，外側韁核存在於許多物種中，它評估可能的動機的相對重要性。“在你的日常生活中，你很少僅僅根據物質獎勵或二級獎勵（如金錢或單獨的資訊尋求）來做決定，”他說。相反，我們的大腦會進行復雜的工作，比較我們的具體需求和我們的好奇心——我應該現在睡覺並獲得充足的睡眠還是讀完這本偵探小說？——並權衡兩者。
大腦的其他部分也在與不確定性作鬥爭。在 2024 年的一項研究中，戈特利布和她的同事透過讓參與者觀看動物和無生命物體的影像集（如海象和帽子）來探索感知好奇心。大腦顯然區分了有生命物體和無生命物體，其神經元訊號被戈特利布稱為相當於“條形碼”，研究人員希望使用這一特徵。影像的清晰度也各不相同，從容易識別到完全神秘。當人們對他們所看到的東西充滿信心時，他們大腦視覺部分的條形碼會閃爍清晰的訊號：有生命或無生命。但是，當人們不確定時，訊號會介於兩者之間。當來自視覺區域的訊號到達額葉皮層（決策發生的地方）時，它們會觸發信心或好奇心。“他們大腦的視覺部分越不確定，人們就說他們越好奇，”戈特利布解釋說。
好奇心還啟動記憶迴路，以便更好地保留新資訊。在 2014 年的一項研究中，參與者被提出一些瑣事問題——披頭士樂隊哪張單曲在排行榜上停留的時間最長？地球上唯一已知有方形樹幹的樹木在哪裡？——並對他們對答案的好奇程度進行了評分。（別擔心，我會在最後分享答案。）然後，在功能性磁共振成像儀中，他們必須等待 14 秒才能得到這些答案。在等待期間，他們看到了面部的中性影像。後來，人們能夠更好地記住那些激發了他們好奇心的問題的答案——而且，奇怪的是，他們也更有可能回憶起與這些問題配對的面孔。大腦成像顯示，海馬體的活動增加，這對創造記憶至關重要。威爾士卡迪夫大學的馬蒂亞斯·格魯伯是該研究的主要作者，他稱好奇心為“漩渦”，它不僅吸引了你想知道的東西，還吸引了周圍的偶然資訊。
任何經歷過孩子連珠炮似的“為什麼”問題的人都知道，孩子們擁有強大的好奇心。他們好奇的大腦回路的基本要素似乎很早就存在了。基德認為，研究嬰兒的好奇心表明，這些迴路已經準備好指導人一生中的知識獲取。嬰兒受驅動最大化地從環境中學習，並且似乎認識到令人驚訝的事件代表著機會。他們對資訊量大的刺激表現出強烈的偏好——人臉比玩具卡車更具吸引力，嬰兒導向的語言比非人類聲音更具吸引力。嬰兒也對任何新事物都感興趣。即使是還不會說話的嬰兒也意識到他們知識中的空白。基德發現，當孩子們不確定時，他們會繼續嘗試學習更多，並存儲他們所學到的東西。一旦他們覺得自己理解了某件事，他們就會失去興趣。
在 2012 年一項有影響力的研究中，基德和她的同事向七到八個月大的嬰兒展示了物體從盒子中彈出的動畫場景。她使用眼動追蹤器來測量場景吸引嬰兒注意力的時間，發現他們更喜歡觀看複雜度中等的場景。不太可預測，又有點令人驚訝，結果恰到好處。（研究人員稱之為“金髮姑娘效應”。）在 2022 年的一篇論文中，基德和她的同事觀察到猴子也表現出對中等複雜度的相同偏好，這表明這種偏好是普遍存在的。
中等複雜度的資訊——帶有恰到好處的趣味性——的吸引力，作為學習磨坊的素材是有道理的。它似乎代表著一個以易於理解的方式增加我們已知知識的機會。為了檢驗學習進度是好奇心難題的一部分這一想法，烏德耶採取了非同尋常的步驟，將好奇心引入計算機。“構建好奇的機器在 20 年前是新奇而奇怪的，”他說。但這可能是應對巨大挑戰的有效方法，甚至可能像有一天到達另一個星球一樣。
當然，計算機不是好奇的生物；它們是由電線、馬達和感測器組成的。2016 年，當谷歌 DeepMind 透過構建一臺在複雜的中國圍棋遊戲中擊敗了 18 次世界冠軍的計算機而登上頭條新聞時，那臺計算機仍然依賴於尖端的搜尋能力和輸入其中的關於可能走法的資料。但隨著人們在構建人工智慧方面取得進步，他們開始詢問是否有更好的方法讓計算機學習複雜的事物。一個答案是賦予它們好奇心——或者模擬好奇心驅動探索背後的思維模式的程式。這正是烏德耶和他的同事所做的。
機器人 Torso 有一個藍色頭部、藍色手臂和一個藍色上半身，連線到一個木製底座上，它被程式設計為像孩子一樣探索周圍環境。它透過玩弄物體來學習物體是如何相互作用的。兩個操縱桿安裝在 Torso 的底座上。在咖啡桌上，一個環形照明的圓形圍場內有一個網球和一個名為 Ergo 的小型機器人，Ergo 看起來像一盞粗短的檯燈。
與人類和其他動物不同，機器人可以被程式設計來模擬理想智慧體的行為，並測試關於我們如何探索的流行理論。我們是否跟蹤預測誤差——也就是說，我們對結果的猜測有多正確或多錯誤？是的，但是一個被程式設計為只做這件事的機器人會被它自己在不相關的方面（想象一下在一個窗戶前反覆揮手，以瞭解每個手臂運動與外面經過的汽車的顏色之間的關係）的運動分散注意力。我們是否專注於新奇事物或不確定性？是的，但如果沒有其他動機，這些會導致機器中出現隨機和無組織的行為。
當被程式設計為追求好奇心時，Torso 學習得最快、效率最高。機器人可以產生運動並感知其環境，並被指示找到兩者之間的相關性，儘管沒有具體目標。相反，Torso 要尋找學習機會並跟隨它們的方向。“它基本上被告知，你唯一的目標是嘗試找到你可以取得進展的目標，”烏德耶說。實際上，隨著 Torso 獲得知識，它會說類似這樣的話：嗯，這很有趣，讓我們以此為基礎。這是強化學習或練習的演算法版本。“孩子需要練習才能學習，”烏德耶說。“是什麼使它成為練習？是它的動機系統。好奇心是動機系統的基本維度之一，它推動生物體探索和學習新事物。”
當以這種方式程式設計時，Torso 首先移動了它的左手——很多次。然後它發現了左操縱桿，並向前、向後、向左和向右移動它。最終，它將移動操縱桿與移動 Ergo 聯絡起來，Ergo 移動了球。移動球將燈光的顏色從藍色變為黃色再變為粉色。經過 15 到 20 個小時的探索，Torso 弄清楚瞭如何向各個方向移動 Ergo，如何移動球以及如何點亮圍場。令研究人員驚訝的是，機器人甚至弄清楚了 Ergo 燈狀手臂末端的杯子可以覆蓋球並有效地隱藏它，Torso 隨後就這樣做了，看起來非常像在人行道上向人群兜售空殼遊戲的騙子。
此類實驗證明了好奇心和學習之間存在積極的反饋迴圈。“專注於既不太容易也不太困難的學習活動，那些你在速度上獲得最大提高的學習活動，這將逐步引導你進行越來越複雜但又可學習的活動，”烏德耶說。
Torso 的進步與孩子們在學習工具或語言時使用的發展軌跡非常相似。隨著大腦繼續發育，它處理好奇心的方法也變得更加複雜。2024 年對 100 多名四歲兒童進行的一項研究發現，他們在玩觸控式螢幕遊戲時，依靠學習進度以及新奇事物進行探索。格魯伯發現，與年齡較小的兒童相比，青少年能夠更好地處理認知衝突（即不確定性）並評估前額葉皮層較高階區域的傳入資訊。
至於成年人，我們徘徊在一個最佳點，基德說。“我們更願意觀看更多我們瞭解角色[並且]對情節有所瞭解的節目的劇集，而不是開始全新的節目，”她說。即使在參與者付費以保持好奇心的研究中，他們的大腦對那些超出這種令人滿意的心理場所的事物也並不十分好奇。但是，當他們深深投入到有時被稱為心流狀態的狀態中時，學習進度正在引導他們。它顯然滋養了他們的好奇心。
在 2021 年發表在《自然·通訊》上的一項實驗中，烏德耶和戈特利布（他們是經常合作者）以及他們的同事建立了一套四個線上遊戲。每個遊戲都有一系列怪物，這些怪物在大小、顏色、眼睛數量等方面各不相同。目標是什麼？發現決定八種食物中每種怪物家族喜歡吃哪種食物的隱藏規則。最簡單的遊戲有一個一維規則：高個子家庭成員喜歡披薩，矮個子家庭成員喜歡西蘭花。另外兩個遊戲具有逐漸複雜的規則，這些規則更難掌握：例如，在二維遊戲中，高個子、三隻眼的怪物喜歡披薩，矮個子、兩隻眼的怪物喜歡西蘭花。第四個遊戲沒有規則；它是完全隨機且無法學習的。
問題是，近 400 名玩家將如何組織他們的探索以找出規則。他們如何才能既好奇又高效？正確的猜測是有益的，錯誤是有啟發意義的，但是人們是否會監測他們學習了多少，並使用這些資訊來決定下一步該做什麼？在這種情況下，是的，他們做到了。參與者監測了他們的正確回答百分比以及他們隨時間的進步。“顯而易見的是，我們應該重視的是學習，”戈特利布說。換句話說，僅有高度確定性不如高不確定性和低不確定性之間的過渡有用。好奇心正是幫助我們實現這種轉變的原因。
但是好奇心也會隨著時間而改變。儘管傳統觀點認為，隨著年齡的增長，人們的好奇心會降低，但研究表明，更準確地說，好奇心會適應人們對世界的瞭解。當您走進巴黎盧浮宮時，您是更傾向於逛完所有展廳，確保參觀最受歡迎的展品？還是更喜歡在一個側廳裡迷失一個小時？圖賓根大學的村山航說，您的選擇很可能取決於您的年齡。在他對倫敦科學博物館近 500 名年齡在 12 歲至 79 歲之間的參觀者進行的一項實驗中，他發現年輕人採取了廣泛的方法，而老年人採取了更窄但更深入的方法，在一個公民科學展覽中查看了更多關於較少主題的事實。“老年人擁有更多的知識，而知識確實是好奇心的驅動力。”
隨著科學家們對好奇心有了更好的理解，他們也可能更好地理解一些精神健康障礙，在這些障礙中，好奇心的迴路可能會受到干擾。例如，在抑鬱症中，好奇心會受到抑制，而在強迫症中，減少不確定性的願望會壓倒一切。
這項研究在課堂上具有更直接的意義。眾所周知，好奇心對學習成果和學生的樂趣具有積極影響。目前正在進行多項努力，以利用新發現來加強這兩件事。2024 年，法國政府開始向小學生提供基於烏德耶工作的同行評審教育技術。該程式會生成由每個孩子想要學習的內容驅動的個性化問題。與教師手工建立的材料相比，人工智慧設計的材料帶來了更高效的學習和更高的學生積極性，因為它們建立在孩子自身的興趣之上。
可能也有一些有用的方法來提高成年人的好奇心。一些研究人員正在研究基於學習進度的計劃，以幫助老年人磨練他們的注意力技能。但任何人都可以利用最佳點，基德說。“僅僅理解擁有一些知識將使獲取更多知識變得更容易就很有幫助，”她說。它可以讓你“坐下來，嘗試更多地關注第一本書，讓你能夠突破”進入一個新學科。
理解自信和好奇心是相關的，這可能會影響您對我在這個故事中散佈的瑣事小知識的好奇程度。也許您知道盧浮宮最受歡迎的展品是《蒙娜麗莎》，或者猜到披頭士樂隊最持久的熱門歌曲是《Hey Jude》。但我懷疑您對那些形狀奇特的樹木非常好奇。是的，確實有方形樹幹的樹木——在巴拿馬的安東山谷。