你真的可以在睡夢中學習

在奧爾德斯·赫胥黎的《美麗新世界》中，一個男孩背誦了一篇英語演講的每個單詞，而英語他並不懂。學習發生在男孩睡覺時，他聽到了演講的無線電廣播。醒來後，他能夠背誦整個演講。基於這一發現，赫胥黎反烏托邦世界的極權主義當局採用了這種方法來塑造所有公民的無意識思想。

睡眠學習在文學、流行文化和古代傳說中都有出現。以動畫電視劇《德克斯特的實驗室》中的主角德克斯特為例。在一集中，德克斯特浪費了做作業的時間，所以他發明了一種裝置，以便在夜間學習法語。第二天他醒來時，只會說法語。睡眠學習的想法不僅僅是現代發明。它也出現在藏傳佛教徒數百年曆史的心理訓練實踐中；在睡眠期間低語的資訊旨在幫助僧侶認識到夢境中的事件是虛幻的。

每個人都知道，當我們休息良好時，我們學得更好。然而，大多數人斷然否定了睡眠學習的概念。然而，一系列新的神經科學發現使情況變得複雜，表明學習的關鍵部分發生在睡眠期間：最近形成的記憶在夜間重新浮現，這種回放可以幫助加強它們，從而使至少一部分記憶能夠被終生記住。

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一些研究甚至探討了是否可以操縱睡眠來增強學習。他們揭示，睡眠增強白天記憶的程式可以透過聲音和氣味來增強。齧齒動物的結果甚至證明了一種原始形式的記憶植入：研究人員在動物睡覺時使用電刺激，教會它們醒來後應該去哪裡。赫胥黎想象中的睡眠教育版本，即在夜間逐字吸收整篇文章，仍然被降級到他 1932 年經典著作的頁面中。但現在的實驗表明，當一個人沉浸在沉睡中時，有可能修改記憶，從而為一門新的睡眠學習科學奠定基礎。

心理電話

為了使這些技術奏效，科學家們必須探索當意識似乎在進行當之無愧的休息時，資訊是如何被吸收的。大約在赫胥黎創作《美麗新世界》的時候，對干預睡眠可能性的嚴肅探索已經開始。1927 年，紐約人阿洛伊斯·B·薩利格發明了一種“自動定時控制暗示機”，他將其作為“心理電話”進行銷售，以便在夜間重播錄製的資訊。該裝置似乎喚起了赫胥黎想象中的技術，只是使用者而不是國家可以選擇要播放的資訊。

在薩利格的發明之後，在 20 世紀 30 年代和 40 年代，出現了記錄睡眠學習明顯例子的研究。勞倫斯·勒山於 1942 年在威廉與瑪麗學院發表的一篇論文詳細介紹了一項實驗，研究人員參觀了一個夏令營，那裡許多男孩都有咬指甲的習慣。在一個 20 名這樣的男孩睡覺的房間裡，勒山使用一臺行動式留聲機播放一個聲音，重複一句話：“我的指甲味道非常苦。” 這句話每晚重複 300 次，從入睡後 150 分鐘開始。實驗持續了 54 個連續的夜晚。在夏令營的最後兩週，留聲機壞了，所以勇敢的勒山親自說了這句話。20 名男孩中有 8 名停止咬指甲，而另外 20 名沒有接觸錄音的男孩中，沒有人這樣做。然而，這些早期的努力並沒有使用生理監測來驗證男孩們是否真的睡著了，因此結果仍然值得懷疑。

整個領域在 1956 年遭受了嚴重打擊，當時蘭德公司的兩位科學家使用腦電圖 (EEG) 記錄了睡眠研究參與者睡覺時聽到的 96 個問題和答案。（一個例子：“尤利西斯·S·格蘭特在戰爭前在哪種商店工作？” 答案：“五金店。”）第二天，只有當睡眠者表現出覺醒跡象時呈現的資訊才能回憶起正確的答案。這些結果導致了該領域持續 50 年的轉變，因為研究人員開始對睡眠學習作為一種可行現象失去信心：這些實驗的參與者似乎只有在資訊呈現給他們時並沒有真正睡著的情況下才能學習。

這段時間的大多數科學家傾向於避開睡眠學習這個話題，儘管少數研究人員確實努力詢問睡眠是否有助於記住新資訊。一項典型的研究方案探討了通宵睡眠剝奪是否會影響學習新事物後第二天的回憶。另一項研究詢問了午睡後回憶是否比清醒狀態下花費相同時間後更好。

各種混雜因素可能會干擾此類研究。例如，睡眠剝奪的壓力會損害認知功能，從而降低記憶回憶。最終，認知神經科學家開始透過彙集來自多種研究方法的證據來應對這些挑戰。大量的證據逐漸積累，證實睡眠是恢復白天獲得的記憶的一種手段，重新開啟了睡眠與記憶之間作為合法科學研究領域的聯絡。

許多接受挑戰的研究人員專注於快速眼動 (REM) 睡眠，這是做夢最頻繁和最生動的時期。指導性假設認為，大腦夜間對記憶的處理將與做夢有關，但明確的資料並未出現。1983 年，兩位著名的科學家——格雷姆·米奇森和弗朗西斯·克里克（都不是心理學家）——甚至推測快速眼動睡眠是為了遺忘。同樣，威斯康星大學麥迪遜分校的朱利奧·託諾尼和基亞拉·奇雷利提出，睡眠可能是削弱腦細胞之間聯絡的時間，從而更容易在第二天獲取新資訊。

一些研究人員沒有關注快速眼動睡眠，而是將注意力集中在慢波睡眠 (SWS) 上，這是一個沒有快速眼動的深度睡眠時期。2007 年，時任德國呂貝克大學的比約恩·拉施和他的同事讓人們學習一組物體的位置，同時聞到玫瑰的氣味，為睡眠實驗做準備。後來，在實驗室的床上，睡眠研究參與者再次遇到了相同的氣味，電記錄證實了一個睡眠階段或另一個睡眠階段。氣味激活了海馬體，海馬體是大腦中對於學習導航周圍環境和儲存新知識至關重要的區域。醒來後，參與者更準確地回憶起位置——但僅在慢波（而非快速眼動）睡眠期間發出的氣味提示之後。

定向記憶再啟用

2009 年，我們的實驗室透過使用聲音代替氣味擴充套件了這種方法。我們發現，在慢波睡眠期間播放的聲音可以提高對我們選擇的單個物體的回憶（而不是像氣味研究中那樣回憶整個物體集合）。在我們的程式（稱為定向記憶再啟用或 TMR）中，我們首先教會人們 50 個物體的位置。他們可能會學習將一隻貓放在計算機螢幕上的一個指定位置，將一個茶壺放在另一個位置。同時，他們會聽到相應的聲音（貓的喵喵聲，水壺的哨聲等等）。

在這個學習階段之後，參與者在我們實驗室的舒適場所小睡。我們監測了放置在頭部電極的腦電圖記錄，以驗證每個人都睡得很熟。這些記錄提供了關於大腦外層（大腦皮層）神經元網路同步活動的有趣資料，這些活動與記憶再啟用有關[見上方圖表]。當我們檢測到慢波睡眠時，我們播放了喵喵聲、哨聲和與學習階段中一部分物體相關的其他聲音。聲音播放得很輕柔，不比背景噪音大多少，因此睡眠者沒有醒來。

醒來後，人們回憶起睡眠期間提示的位置比沒有在睡眠期間提示的位置更好。無論在這些實驗中使用聲音還是氣味作為提示，它們顯然都觸發了空間記憶的再啟用，從而減少了遺忘。

起初，我們使用的聽覺程式備受爭議。睡眠研究人員普遍認為，除了嗅覺之外，皮層中的感覺迴路在睡眠期間基本上是關閉的。我們沒有被這種正統觀點所動搖。相反，我們追隨我們的直覺，即重複播放柔和的聲音可能會影響睡眠中的大腦，併產生最近儲存記憶的變化。

事實上，在隨後的許多研究中也發現了相同的記憶益處。一種稱為功能性磁共振成像的技術突出了哪些大腦區域參與了 TMR，而腦電圖結果突出了特定腦震盪的重要性。2018 年發表的兩篇論文——一篇是英國約克大學的斯科特·凱爾尼及其同事的論文，另一篇是普林斯頓大學的詹姆斯·安東尼及其同事的論文——將一種震盪（睡眠紡錘波）與 TMR 的記憶益處聯絡起來。

除了增強空間記憶外，這些程式還有助於提高其他環境下的回憶。TMR 可以幫助掌握鍵盤旋律和學習新詞彙或語法規則。該技術還可以幫助進行更簡單的學習型別，例如調整一個人的身體意象。在條件反射實驗中，TMR 改變了先前對刺激的自動反應的學習，這種反應是由早期將該刺激與電擊配對引起的。正在進行的研究正在檢查其他型別的回憶，例如在初次見面時將姓名與面孔聯絡起來。

隨著技術的進步，應測試 TMR 是否可以幫助治療各種疾病、減少成癮或加速疾病康復。我們的實驗室與西北大學神經學家馬克·斯盧茨基一起，目前正在測試一種新穎的康復程式，用於恢復中風後手臂運動能力。提示聲音被納入治療的一部分，並在睡眠期間重播，以嘗試加速重新學習失去的運動。前景似乎很有希望，因為 TMR 可以改變健康個體中類似的運動學習形式。

學習法語怎麼樣？

已證實的增強記憶能力提出了一個問題，即是否可以在入睡後將新資訊載入到人的大腦中，這項技術引發了《美麗新世界》所提出的思想控制的倫理幽靈。然而，想象一下記憶可以偷偷地創造出來是否太過分了？

儘管多年來對這種猜想的正統回應一直是不合格的否定，但以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的安納特·阿齊及其同事的研究證明了使用氣味創造相對簡單的記憶。在一項實驗中，研究人員成功地降低了渴望戒菸的吸菸者對菸草的渴望。在睡眠時，研究參與者接觸到兩種氣味，香菸煙霧和腐爛的魚。在接下來的一週裡，那些聞到兩種氣味混合物的人吸菸量減少了 30%，顯然他們已經習慣將吸菸與令人厭惡的魚腥味聯絡起來。

獲得更復雜的記憶並非易事，但過去十年的證據帶來了誘人的希望。法國國家科學研究中心 (CNRS) 的卡里姆·本切內內及其同事展示瞭如何從字面上改變老鼠的思維。當他們開始工作時，本切內內和他的團隊知道，當老鼠探索新環境時，當動物穿過圍欄的特定部分時，稱為位置細胞的神經元會放電。這些相同的神經元在睡眠期間再次放電，因為記憶顯然被重放了。

研究人員在老鼠睡覺時，當位置細胞自發活動時，精確地刺激了老鼠大腦的獎勵系統（內側前腦束）。令人驚訝的是，老鼠隨後在與受刺激的位置細胞相對應的位置花費了更多的時間，在醒來後直接前往那裡。還需要更多的實驗來理清是否在睡眠期間將完全形成的虛假記憶植入到老鼠體內，或者它們是否透過條件反射過程自動引導到這些地點，而沒有更多關於它們為何被吸引到這些地點的知識。

2019 年，瑞士研究人員報告稱，睡眠者可以獲得新的口頭知識，但這僅透過微妙的非意識手段顯現出來。最近，我們展示了睡眠期間的情景學習，並完全回憶起了學習內容。在法國、德國、荷蘭和美國的研究人員進行的多機構合作中，我們使用了一種 TMR 方法的變體來鼓勵清醒夢——這是一種人們在夢境中意識到自己正在做夢的狀態。然後我們證明，人們可以理解來自這些夢境中的輕聲提問，並透過眨眼、呼吸或面部肌肉的細微抽搐來發出正確的答案。有時，這些實驗中的人們醒來後能夠回憶起他們夢境問答的部分內容。這些罕見的事件令人信服地記錄了完全在睡眠期間體驗到的全面學習。

睡眠駭客的界限可能會繼續擴大，但這項研究已經確定，學習的正常組成部分在夜間離線狀態下繼續進行。睡眠不僅對於幫助人們保持警覺和精神煥發是必要的，而且對於加強最初在清醒時獲得的記憶也是必要的。我們仍然需要更多地瞭解離線記憶處理。進一步的工作必須確定睡眠如何幫助學習，以及哪些大腦機制被用來儲存最有價值的記憶。同樣重要的是要更多地瞭解不良或不足睡眠的危害，這些危害可能受到各種生活壓力、某些疾病或衰老經歷的影響。

當時在西北大學的卡門·韋斯特伯格領導的一項研究指出了期望的方向。韋斯特伯格測試了患有記憶功能障礙（通常先於阿爾茨海默病）的患者——遺忘性輕度認知障礙。結果記錄了不良睡眠與在間隔一夜的延遲後回憶資訊能力下降之間的聯絡。

所有這些知識可能有助於建立睡眠學習程式，以儲存記憶、加速新知識的獲取，甚至改變吸菸等壞習慣。展望未來，科學家們可能還會探索我們是否可以控制我們的夢境，這可能會帶來噩夢療法、基於睡眠的問題解決，甚至可能是休閒的夢境旅行。在一種已經提供腕式睡眠追蹤器和郵購基因測試的文化中，我們可以開始思考將日常休息時間轉化為富有成效的努力的新方法——對某些人來說，這是一個令人不寒而慄的前景，對另一些人來說，這是另一個受歡迎的自我提升機會。