睡眠是我們生活中必不可少的一部分，科學家一直以來都在探索睡眠的奧秘，特別是睡眠時大腦的活動。大量研究表明，我們在清醒狀態時編碼和學習的新知識，隨後會在睡眠中被鞏固，那些不穩定的新知識經過睡眠後，變得更加穩定，並被整合到原有的知識系統中，保存更長的時間。因此，除了白天努力學習外，還需要給自己充足的睡眠來保證學習的效果。除了這種「複習」功能，我們在睡眠時能否學習全新的知識呢？
睡眠中學習新知識的實驗證據
由於睡眠狀態下缺乏學習所必需的意識覺知，並且有研究認為睡眠期間在腦連接性、能量代謝、突觸可塑性以及基因表達模式上並不具備形成長期記憶的理想條件，在睡眠中學習新知識並保持至清醒後似乎是不太可能的。但最近幾項研究提供了可以在睡眠中學習新知識的證據。
阿納·阿爾濟（Anat Arzi）等人利用人們在聞到香味和臭味時的不同嗅覺反應（聞到香味會加深呼吸，聞到臭味會減弱呼吸），來考察我們在睡眠中是否能學習新知識。他們在參與者睡著後，播放不同的聲音，之後讓參與者聞香或臭的味道，使某種聲音和特定的嗅覺反應在睡眠中建立聯結。之後單獨呈現聲音時，參與者將出現不同的嗅覺反應。在被試睡醒後，再讓被試聽聲音，發現也會出現不同的嗅覺反應，表明在睡眠中建立了聲音—氣味的聯結，保持到了清醒之後。另外，在睡著後，大腦會經歷從輕度睡眠到深度睡眠，再到快速眼動（Rapid Eye Movement，REM）睡眠的睡眠周期。阿納·阿爾濟等人的研究還發現，只有在非快速眼動睡眠（Non-Rapid Eye Movement Sleep，NREM）時期建立的聲音與氣味的聯繫，才可以持續到清醒狀態。但這一研究發現的聲音和氣味之間的聯結，只是一種簡單的條件反射，並且由於嗅覺反應較快地消失，對清醒後測量的限制性較大。因此，最近發表在《當代生物學》上的一項研究，採用了更為複雜的任務，為證實可以在睡眠中學習新知識提供了進一步的證據。
馬克·阿蘭·祖斯特（Marc Alain Züst）讓參與者在睡眠中學習詞彙，他們採用了配對聯想學習（Paired-Associates Learning）任務，在午睡的慢波睡眠期（Slow-Wave Sleep，SWS）給母語為德語的參與者播放假詞—德語詞（如tofer- Haus，tofer是假詞，Haus是德語中房子的意思）組成的詞對。在參與者睡醒後，讓其判斷聽到的詞（睡眠中聽過的假詞，如tofer）所指的事物尺寸是大於鞋盒的還是小於鞋盒的。因為參與者並不認識這些假詞，也不知道在睡眠中聽過這些詞，因此他們是進行二擇一的迫選。這個任務的正確率可以反映對詞彙聯結關係的內隱學習效果，從而考察他們是否在睡眠中建立了詞對之間的聯結。如果參與者在睡眠中沒有建立假詞和真詞之間的聯結，那麼判斷正確率應該是隨機水平；如果正確率顯著高於隨機水平，則說明在慢波睡眠期能夠成功編碼詞彙之間的聯結關係。研究結果發現，當詞對中的第二個詞是在慢波睡眠的慢波波峰期呈現，在醒後的測試中，被試的判斷正確率顯著高於隨機水平，表明在慢波睡眠階段，可以成功編碼詞對關係，並在清醒時提取，但這種編碼的成功率是有限制的，需要依賴慢波波峰期的皮層興奮度。因此，研究者認為，睡眠期間的關係編碼可能只發生在非常有限的條件下，比如區分神經元去極化時期的慢波波峰，因為這些波峰與皮層興奮度以及類似於清醒狀態的神經網絡特性有關。通過研究慢波睡眠階段的記憶編碼功能，研究者探討了詞彙的內隱關係綁定在無意識狀態下是否可行。最終的實驗結果表明，睡眠階段大腦可以建立並存儲假詞與真詞之間的語義聯結，並且慢波波峰有助於睡眠期間的編碼。
睡眠學習為心理治療提供新思路
上述研究揭示了在特定的睡眠階段編碼新知識是可能的，但其神經機制尚未可知。為了闡明睡眠中聯想學習的神經動力學基礎，安德烈·卡納爾斯·詹森（Andrés Canales-Johnson）提出了這一假設：支持睡眠中編碼新知識的神經機制，可能與鞏固（consolidation）和重新激活（reactivation）在清醒時所學知識的神經振蕩相關，包括低頻的δ波（0.5—4Hz）、θ波（4—7 Hz）和紡錘波（11—16Hz）等頻段的活動。該實驗採用了阿納·阿爾濟等人研究的部分數據，分析了在非快速眼動睡眠中聽覺—嗅覺建立條件反射過程中記錄的腦電信號。分析結果發現，δ波和紡錘波波段的活動參與了學習過程的早期習得階段，而θ波波段的活動是在辨別能力建立後才出現的。這表明，睡眠學習過程中，這些腦電波節律的即時調節可能決定新的聯想記憶的獲得與存儲。
儘管實驗中設置的睡眠階段的學習任務與日常生活中需要的學習形式還有很大距離，並且需要在特定的階段才能學習，但這些研究提示我們，可以在某些特殊情況下利用邊睡邊學的機制。由於睡眠學習可以產生在清醒狀態下無法有意識獲得的記憶痕跡，對清醒時的行為產生內隱的影響，所以睡眠獲得的信息可以繞過有意識的防禦機制，從而使個體更容易發生行為改變。阿納·阿爾濟等人的另一項研究巧妙地將厭惡氣味與香菸煙霧建立起條件反射，使得吸菸的參與者在清醒後的幾天內減少了吸菸行為，這為戒菸提供了新的思路。對於恐懼症患者，利用睡眠中意識覺察較低的狀態，可以幫助他們降低特定的恐懼反應。但在推廣和應用該功能之前，還需要大量研究對其益處和局限等進行進一步探討。
然而，睡眠學習的無意識特徵也使人們懷疑睡眠學習是否有益於教育。託馬斯·安德裡隆（Thomas Andrillon）等人的研究結果甚至表明，在非快速眼動睡眠期間的學習可以產生抑制性記憶。例如，在非快速眼動睡眠期間處理噪聲模式會損害隨後其對這些相同噪聲模式的有意識學習。受這一發現啟發，有的研究者正在探索睡眠中的無意識詞彙學習是否會抑制同一詞彙隨後的清醒學習。如果是的話，這可能意味著我們在睡眠和清醒時處理相同的信息是不同的，這兩個相關的記憶是相互競爭的。另外，前文提到的安德烈·卡納爾斯·詹森等人的研究發現，睡眠時編碼新知識的神經機制可能跟鞏固白天所學知識的機制重疊，但睡眠時學習新知識是否會干擾睡眠的記憶鞏固功能等問題還需要未來研究進一步探討。
（作者單位：浙江師範大學心理學系）
來源：中國社會科學網-中國社會科學報 作者：董聰聰 陳雙
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