隨著年齡的增長和經驗的積累，我們都會成為某種鑑賞家。聽過多年喜歡的歌曲後，你可能會注意到一些細微之處，而這些細微之處對於不熟悉的人來說是難以察覺的。或許你在從事銷售工作多年後，會成為一個敏銳的人品鑑別者。或者，你可能是少數精通品酒的人之一，能品嚐出每一分錢的價值。
無論你掌握了什麼來之不易的技能，你比不那麼熟練的朋友更能聽到、看到、感覺到或品嚐到細微差別的能力，都書寫在你的大腦中。但究竟在哪裡，以及如何實現的呢？構成感知專長的生物學筆觸是什麼？
一項經典的研究工作透過繪製出長期和密集的感官體驗後大腦組織的變化來解決這些問題。總的來說，許多此類研究支援一個可能符合你的直覺的學習模型。也就是說，大腦中分配給離散感官技能的部分——聽到中央C音符，感覺拇指尖上的鋼琴鍵——在這些技能被反覆呼叫時會擴大。或者，毫不掩飾地拋開生物學細節：熟能生巧，越大越好。
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但不要急於採納這個口號。在達拉斯德克薩斯大學最近的一項研究中，邁克爾·基爾加德博士的實驗室質疑了大腦尺寸改變與技能提升之間的簡單關係。透過研究大鼠的聽覺皮層，他們發現，經過訓練，“特定技能”大腦區域的擴大隻是短暫的，即使能力的變化是持久的。學習似乎不像肌肉那樣，訓練會增加尺寸，而尺寸會帶來力量，學習似乎也涉及到一些大量的修剪。事實上，如果基爾加德的學習理論成立，那麼學習的生物學原理和我們的學習體驗都遵循一個共同的原則：技能必須從一系列錯誤中提煉出來。大量的錯誤。
如果你觀察一個人的大腦側面，專注於聽覺皮層的薄片，它看起來會相當均勻，只有少量的血管提供一些方位感。但從功能上講，它更像是由不同的神經區域組成的拼湊物，每個區域都只“聽到”有限範圍的聲音訊率。想象一下，如果聽覺皮層是美國，低頻音調將主要在加利福尼亞州處理，高頻音調在紐約處理，而中頻音調則在兩者之間處理。
過去幾十年最重要的神經科學發現之一是，經過訓練後，聽覺圖（以及許多其他感官圖）的“州界線”會被重新繪製。邁克爾·默澤尼希博士實驗室的工作特別表明，如果對猴子進行訓練，使其能夠區分難以區分的聲音——例如，兩個非常相似的低頻音調——那麼聽覺皮層圖的低頻區域就會擴大（加利福尼亞州會變得更大，並侵佔以前屬於內華達州的部分）。其他許多研究都建立在這個基本思想之上，表明阻止皮層擴張也會阻止學習，而且更多的擴張通常與更好的學習相關。皮質擴張和技能學習似乎是緊密相連的。
然而，這種理論的某些方面引起了懷疑。學習真的需要如此大規模地重塑我們的皮層嗎？如果儲存技能的空間有限，我們如何維持大量的技能？新的學習會不會在一段時間後覆蓋舊的學習？
為了解決這些問題，基爾加德和他的團隊使用大鼠對“尺寸很重要”這一說法進行了新的測試。研究人員沒有透過訓練改變聽覺皮層圖——這條已經證實的途徑——而是試圖直接，儘管有些人為地重塑它。透過這樣做，他們可以分離出地圖大小在學習中的重要性：如果只是簡單地擴大感官地圖，那麼它在效能方面能給你帶來什麼？
直接“寫入”聽覺皮層的變化當然具有挑戰性，但研究人員有一個訣竅。他們的方法是電刺激參與動機學習的大腦區域（基底核），作為訓練的替代。透過將這種刺激與揚聲器中重複播放的低音調配對，科學家們能夠瞄準聽覺圖的低頻部分，並鼓勵其擴張。
後來，當對這些大鼠進行音調辨別任務測試時，最初看起來像是經典重繪理論的得分。事實上，擁有更多的皮質體積用於低音調處理與更快的學習速度顯著相關。低頻圖更大的大鼠在三天內學會了區分相似的低音調，而對照組大鼠則需要一週以上的時間。
然而，當研究人員隨著時間的推移追蹤大鼠時，他們發現聽覺圖的擴大區域開始縮小，或“重新規範化”。事實上，在35天內，人為擴大的區域已經恢復到原來的大小。但至關重要的是，儘管恢復到皮質現狀，但大鼠仍然保留了它們敏銳的感知技能。同樣，當基爾加德的研究小組追蹤以正常方式訓練音調的大鼠的地圖變化時——經過數週的艱苦努力，沒有人工促進——他們觀察到了相同的基本現象。地圖變大了，音調辨別能力提高了並且持續了下來，但地圖隨後又恢復到原來的組織結構。無論是什麼將一位技巧嫻熟的大鼠與一位辨別能力較差的大鼠區分開來，可能都不是大腦組織的總體差異。
那麼什麼發生了變化？雖然新習得的感知技能不會在皮質的鳥瞰圖中顯示出來，但它們肯定具有某種神經生物學基礎。基爾加德認為，學習可能源於在更微觀層面上的一些簡約的調整，涉及到相對少量的神經元和突觸。
從某種意義上說，這種觀點與其他關於學習和神經功能的觀點並沒有太大不同。大腦是一個超精細的織布機，它的許多功能都在令人難以置信的小物理尺度上進行調節。或許，微小且難以追蹤的物理變化可以累積成技能或行為的改變，這並不奇怪。
然而，這裡潛藏著一個大問題。如果新習得的技能最終在大腦中只留下微小的足跡，為什麼不在學習過程中更輕鬆一些呢？為什麼還要經歷皮層的大功能區域擴張和收縮的麻煩，最終只得出少數幾個造成感知差異的微小的神經差異？
這可能是因為你的大腦並不比你聰明。正如你不知道如何在幾個最佳且明智的選擇的動作中從新手變成專家一樣（你怎麼可能知道呢？），你的大腦也不知道。在一個描述他的發現的引人注目的理論中，基爾加德推測，擴張的皮質圖就像一個搜尋委員會。它正在為大腦承擔的任務生成大量的候選解決方案，但大腦還不知道如何解決。（我如何區分這些音調？我如何將球投入籃筐？我如何解決那個棘手的微積分問題？）一旦找到一個好的解決方案，搜尋委員會就會解散。賦予技能的有效變化會被保留下來，而非有意義的變化會隨著地圖的縮小而被剔除。
學習可能“看起來”像它的感覺一樣，這個想法中蘊含著某種力量。站在精通的制高點上，回顧過去並說出通往專業的捷徑是很容易的。但我們和我們的大腦都無法獲得這種便利。也許我們只是必須做出很多動作——其中許多是多餘的、繞道的，而且完全是錯誤的——以確保我們偶然發現了一些好的動作。
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