《我们如何学习》3：宝宝自身具足
1.婴儿一出生就已经自带一些关于物体、数字、人和语言的“隐形知识”。成年人大脑里相应的区域，婴儿都有。
2.现在 AI 也在像人脑学习，把所有该先天内置的功能全部内置，各个功能区的神经元都连好，然后再进行数据训练。这才是真正的仿生人脑。
3.每个人一出生都是“自身具足”的。你身上有学习的种子，就好像人人都有佛性一样，你有“学习性”。
一出生大脑中就已经储备了一些知识，这个观念是有点反直觉的。直到 20 年之前，也就是 2000 年左右，很多科学家还认为刚出生的大脑是空白的、神经元没有特别的结构。今天这个观念已经完全扭转过来了。
为什么反直觉呢？因为我们总觉得知识是一种软件，总是得通过学习才能“印”在大脑中……但是你要知道，“印”并不是什么神秘的过程：人体所有东西都是以硬件形式实现，知识无非是大脑神经元的连接。那既然是硬件，当然就可以遗传设定。如果 DNA 已经储存了身体的各种细节信息，心脏的形状、十个手指的长短、眼睛的颜色，为什么就不能把大脑的结构也事先设定好呢？
事实上，最新的研究证明，婴儿的大脑已经具备跟成年人大脑一样的结构。
《我们如何学习》的作者斯坦尼斯拉斯·迪昂和他的妻子和同事们是研究婴儿大脑的先锋。他们是第一批使用功能性核磁共振扫描婴儿大脑的科学家，他们还做了各种各样的实验，得到了让我感到有点吃惊的结果。
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迪昂等人证明，婴儿一出生就已经自带一些关于物体、数字、人和语言的“隐形知识（invisible knowledge）”。可科学家是怎么知道的呢？婴儿连话都不会说，你不能问他们更不能考他们……科学家有两个办法。
一个办法是观察眼睛。你要是看到一个怪异的东西，让你感到很意外，你就会很注意这个东西，你会盯着它多看一会儿 —— 婴儿也是这样。科学家用仪器精确跟踪婴儿的眼睛，测量他在凝视哪个方向，和凝视时间的长短，以此来判断婴儿对一件事情的意外程度。
对于正常的现象，比如一个小球在地上滚动，婴儿看几眼就不看了，可能他也觉得很无聊。但是如果科学家给他变个小魔术，比如一个小球在屏幕上突然消失然后又突然出现，婴儿就会长时间地盯着看，说明这让他感到了意外！
那你说婴儿有没有知识？你得知道什么是正常，才知道什么是不正常。如果这个宝宝能看懂魔术，感到意外，就说明他知道世界原本应该如何运行。
第二个方法是用功能性核磁共振直接实时扫描大脑的活动。这个技术现在很成熟，而且对人体无害。比如婴儿一出生，医生当天就会测试一下他的听力是否正常：在左右两边耳朵分别弄一个声音，如果他能听到，大脑会有明显的相关活动。
几种实验证明的、婴儿会的知识。
第一个知识是物理学……不是广义相对论那种物理学，生活中也有物理学。刚出生几个月的宝宝已经知道世界是由各种物体组成的，物体需要满足一定的物理学：比如说物体不会自己动，你推它才会动；物体会在空间占据一定的位置，而且每次只会占据一个地方，不会同时在两个地方出现；物体不会突然消失，等等。
科学家的做法是用一个屏幕演示物体的运动。比如一个球在屏幕上做直线运动，婴儿看一会儿就不看了。但如果这个球突然消失，然后在屏幕另一侧突然出现，这显然是个怪异的事情，不符合日常物理学，婴儿就会感到意外，就会一直盯着那个球看。
这种实验有时候搞得很高级。科学家用挡板把一根棍子的中间挡上，只露出两头，这两头同时上下运动，宝宝能猜出来这两头属于同一根棍子。
这时候你撤掉挡板，如果果然是一根棍子，宝宝不会感到意外。但如果挡板后面露出来的不是一根、而是两根棍子，也就是说两头并没有连接在一起，宝宝就会感到意外，他就会盯着看。
第二个知识是数学。我们知道1+1=2，而不是1，宝宝也知道。一个小球跑到挡板后面，另一个小球也跑到挡板后面，然后你撤掉挡板，里面如果的确有两个小球，宝宝会认为正常。但如果撤掉挡板发现只有一个小球，也就是1+1=1了，宝宝就会感到意外。
类似地，婴儿还知道 5+5≠5，10-5≠0。刚出生几个小时的婴儿，甚至一些小动物，比如猴子、鸽子、乌鸦、小鸡，都有数字感。科学家证明小鸡刚刚从蛋壳里孵化出来，都没见过任何物体的情况下，就已经对数字有感觉。人们甚至发现猴子的大脑里有专门的“数字神经元” —— 从 1 到 30 的每个数字，都对应一个特定的神经元：猴子看到比如说 4 个香蕉的时候，跟数字 4 对应的神经元就会活跃起来。
第三个知识是概率论。宝宝看到一个小盒子里有 3 个红球和 1 个绿球。你从盒子里随机拿球，如果拿出来的是红球，他不会感到意外；如果拿出来的是绿球，他就会多看你一会儿 —— 因为他知道拿到绿球的概率比较低！
而且婴儿还会反向推测。你拿一个盒子，宝宝事先不知道里面有什么球，然后如果你一次一次拿出来的球，红色比绿色的多很多，他能判断出来盒子里应该是红球多。这表现在如果打开盒子发现里面是绿球多，他会感到意外。
再进一步，如果宝宝知道盒子里是红球多，可是你每次都拿出来绿球，他就会判断你不是随机拿球的：他认为你喜欢绿球！
有一派学者认为人脑本质上就是一台概率机器，随时都在评估各种事情的概率大小。不论如何，这个概率感证明了几个月大的婴儿就有逻辑思维能力。
第四个知识是生物学。婴儿非常清楚地知道，没有生命的东西自己不会主动做动作。你让一个小球本来沿直线走着走着，突然自己跳了一下，宝宝会感到意外。
婴儿对人的理解非常实用，他能看出来谁是好人还是坏人。一个实验人员当着宝宝的面把另一个孩子扔在地上，宝宝就不喜欢这个实验人员 —— 表现为不看他。另一个实验人员把地上的孩子抱起来，宝宝就很愿意看她。孩子还能看出来你是在正常做事情，还是在故意教他什么东西。
婴儿对人脸有特殊的偏好。刚出生几个小时的宝宝，你给它一张房屋风景照和一张人脸照片，他更喜欢看人脸的照片。这是因为我们大脑中有专门用于识别人脸的结构，对人脸无感的孩子可能有自闭症。
迪昂还提到一个让我感到有点离奇的研究。当胎儿还在妈妈肚子里的时候，如果你用三个光点去隔着肚子透射他，而这三个光点正好是两点在上面、一点在下面，像人脸，胎儿就会更注意这些光点；你要是倒过来让两点在下一点在上，不像人脸了，他就没有那么大的兴趣。难道说孩子还没出生的时候，就已经更喜欢看人脸了……
第五个知识是语言。刚出生的婴儿，同样是听陌生人说话，他更喜欢听人说他的母语而不是外语。这可能是因为胎儿已经能分辨语音，熟悉了母语。相对于别的声音，宝宝对母语中的音节更敏感。日语中 R 和 L 这两个音不分，日本宝宝也就对这两个音的区别不敏感。婴儿几个月大的时候就已经能识别哪些词是常用词：比如像妈妈、宝宝、吃奶这些词，他会更敏感。这说明他已经在调整自己的语言模型中的词汇概率。
语言功能是人类的特长。有科学家曾经领养了一个黑猩猩的宝宝，让它和自己的孩子从小享受同等待遇，同吃同住同玩同学习……结果发现黑猩猩的智力确实是硬伤。你不管怎么教，黑猩猩最多能识别几百个单词 —— 而人脑天生就是一部学习语言的机器。
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那你说这些知识有没有可能是婴儿在出生以后的几个月慢慢学会的呢？迪昂认为还是天生的因素更大一些。首先有些能力是出生几个小时就具备。然后就算要学，有哪个家长会特意让几个月大的宝宝学习物理和数学知识呢？当然婴儿的确是一直在学习，他会自己拿东西玩，会做各种实验，他对物体的掌控感越来越强 —— 但是那些训练更像是让已经有的能力变得更敏锐，而绝不是从零开始。
还有更过硬的证据。
最明显的证据还是功能性核磁共振扫描。成年人大脑里相应的区域，婴儿都有。比如说语言，我们大脑里有专门处理语言的区域，而婴儿大脑相关的区域对语言处理的过程跟成年人完全一样。你对婴儿说一句话，这个语音会先进入听觉区，接着是词法分析区、语法分析区，最后进入语义分析区。这个次序，各个区域从快到慢的处理速度是听觉最快，语义分析最慢，所有这些都跟成年人一样。
他现在还听不懂这句话，但是他的大脑做好了听懂语言的一切准备。
婴儿大脑的空间感知区域也准备好了，可以绘制地图，知道房间中不同东西的位置。他的视觉、识别人脸的功能，都和成年人是一样的。
那你那个 AI 要是根本没有这些功能性区域，没有专门的神经网络连接，又怎么能跟婴儿比呢？所以现在 AI 也在走这个方向，有个项目叫“虚拟婴儿计划（Virtual Baby Project）”，就是要像人脑一样，把所有该先天内置的功能全部内置，各个功能区的神经元都连好，完了再进行数据训练。这才是真正的仿生人脑。
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借用一句佛经里的话，每个人一出生都是“自身具足”的。你身上有学习的种子，就好像人人都有佛性一样，你有“学习性”。那为什么有的小孩聪明，有的小孩不太聪明呢？大脑的蓝图确实都一样，但是在这个共同点的基础之上的确会有微妙的个人差异。大脑中有些差异就好像指纹一样，连双胞胎都不是完全一样的。
刚出生的小孩，科学家扫描他的大脑，就能知道他有没有阅读障碍。阅读障碍是先天的，是大脑的硬件问题。有阅读障碍的孩子对文字很不敏感，认字非常困难。科学家已经知道有四个基因决定了一个人是否会有阅读障碍，阅读障碍的遗传概率是 50%。
但是！后天训练对大脑的影响，总是比先天硬件的差异大。阅读障碍可以通过训练改变。人脑有先天的结构，但是更有“可塑性”
《我们如何学习》4：学习是生理现象
思维就是连接，知识的本来结构就是连接。而学习过程更多的是强化现有的一些连接，而不是建立新连接。
大脑有四种记忆：工作记忆、情景记忆、语义记忆、进程记忆。
学习，就是你想要语义记忆和进程记忆，你想加强神经元的连接，你想让知识长在大脑里。
大脑发育过程中各个区域的生长不一样，学习必须精密配合才行。大脑发育需要什么的时候，你必须给它什么。
关于大脑的“可塑性”可能已经听过很多说法了，每次听到新的说法都会在悲观和乐观之间摇摆。
没听说过“可塑性”这个词的人可能会对大脑成长持悲观态度。在日常生活中观察，人到了一定年纪有些新东西就很难学了。特别是语言，小孩几乎是不用教就会，大人怎么学都学不会。
第一次听说“可塑性”，可能会非常乐观。一个中风患者，大脑里一大片区域都损坏了，半身瘫痪，只要经过一段时间的强化训练，竟然能在旁边再长出一套神经连接来控制身体。如果这都可以，我们想学点新东西又有何难？你会听到有的激进观点甚至不承认人的学习有所谓“敏感期”。
但是你要深入了解，大脑成长的敏感期的确存在。但至少对学语言来说，你会比较悲观。
学什么东西都跟练武术一样，本质上是个生理现象。大脑是肉长的，它的好与坏都是因为这个。
1.神经的连接
一切知识和技能都是以神经元连接的形式存在于大脑之中。人体细胞一般都是球形之类，唯有脑细胞 —— 也就是神经元的形状最奇特，是树状的，也可以说像芹菜。作为最简单的认识，你只需要知道神经元上的三个部位：突触、轴突和髓鞘 ——
神经元身上细长而又比较粗、作为传递电信号的主干道的结构叫“轴突”，轴突外面包着“髓鞘”，轴突的外端点、用于跟其他神经元连接的地方叫“突触”。大脑中有几百亿个神经元，它们之间彼此连接，构成了一个无比复杂的网络。每个记忆、功能、知识和技能都是由其中一个子网络实现。我们为什么总爱说创造性思维是“想法的连接”、现代化要“加入圈子”呢？因为思维就是连接，知识的本来结构就是连接。
不过学习过程更多的是强化现有的一些连接，而不是建立新连接。事实上你就算什么都不做，大脑也在忙着建立连接。下面这张图是儿童从一出生到六岁大脑神经元的连接情况 ——
小孩刚出生就比成年人有更多的神经元。此后连接越来越多，到两岁，神经元总数达到成人的两倍，有密密麻麻的连接。随着后天的学习，某些连接会得到加强，不用的则会被修剪掉。
最粗略地说，神经元连接存在，那个先验知识就存在。连接的加强和修剪就是用贝叶斯方法修改概率。连接加强的规律是 “fire together, wire together”：两个神经元越是经常一起被激活，它们之间的连接就越强。“强”表现在传递信号速度更快精确度更高。如果一个连接特别强，其中神经元的轴突会变粗，轴突外面会包上一层髓鞘，髓鞘能起到一个绝缘保护的作用，就好像用胶布包上导线，能增强里面的电信号。
神经元是如何“录制”信息的呢？比如你去白宫会见了特朗普。你到了总统办公室，跟特朗普握了手，你们聊了一阵。这种经历不常有，所以只发生一次就能给你鲜明的记忆。而这个记忆会存储在大脑的不同区域之中。
你对特朗普办公室的印象记录在大脑负责空间想象的区域的一些神经元连接之中。你的视觉区域也记录了很多。特朗普的脸会特别记录在大脑中专门负责人脸的区域中，特朗普的声音会记在大脑的声音区里。回忆当时握手的力度，会激活负责你的手的神经元的记忆。所有这些子网又都连在一起，形成对整个事件的记忆。只要将来偶然又看到特朗普的照片，你就有可能唤醒整个事件的记忆之网。
那你可能会说，知识跟这样的经历记忆好像不太一样啊？是的，我们总共有四种记忆。
2.知识是什么
大脑的四种记忆是由不同的区域主控的。
第一种是“工作记忆（working memory）”。也叫短期记忆。比如你查到一个电话号码要临时用一下，它纯粹就是一组没什么意义的数字，不会唤醒你的情绪波动，这就是工作记忆。这个信息会在你的前额叶皮质暂存一下，几秒钟之后就忘了。工作记忆有点像计算机的内存。
第二种是“情景记忆（episodic memory）”。去白宫见特朗普，包括你每天在生活中经历的事情、到过哪里、和谁说过话，这些都是情境记忆。情景记忆总要经过海马体，特点是那个情景越特别、越是调动了你的更多感官、最好还能产生情绪波动，记忆就越鲜明。比如你感到兴奋，大脑会分泌多巴胺，多巴胺能够加深神经元连接。情景记忆只录制一次，如果印象不深事后不回忆，神经的连接就很弱，以后就忘记了。
第三种是“语义记忆（Semantic memory）”，可以叫知识记忆，是长期的记忆。晚上睡觉的时候，海马体会把白天的一些情景记忆输送到大脑皮质中，在那里重新编码，变成一个不容易忘记的知识。所以睡眠对学习非常重要。
第四种叫“进程记忆（procedural memory）”，也可以叫内隐记忆，它记住的不是什么知识点，而是一段动作，可以说是肌肉记忆。比如练成了一段钢琴弹奏、熟练掌握了一组花样滑冰动作，或者能流利背诵一首唐诗，这些都是进程记忆。进程记忆的形成可以不经过海马体，它的重点存储区域是基底神经节。
曾经有一个特殊的病人，大脑海马体损坏了，什么事情都记不住。研究者天天跟他见面，每次都要重新做自我介绍。但是研究者每天都训练这个病人对着镜子倒着写字 —— 他记不住这个情景，但是他倒着写字的水平每天都在提高……以至于后来他每次都很惊讶，为什么自己从来没练过，上来就能写得那么好。
这就好比说一个人天天半夜梦游起来练武术，他在自己完全不知道的情况下成了武术高手。
既然都是生理组织，记忆就可以被干扰，可以被删除，甚至可以被嫁接。现在科学家已经能够比较精确地观察一段记忆到底会调动哪些神经元。用老鼠做实验，先在一个地方让老鼠形成记忆。然后科学家等着，老鼠做梦正好梦到那个地方的时候 —— 也就是观察相关的神经元正好激活的时候 —— 给它注射一点多巴胺。结果是老鼠一醒过来第一件事就是去那个地方。
所以《盗梦空间》已经不是梦了……我们还是专门讲学习。学习，就是你想要语义记忆和进程记忆，你想加强神经元的连接，你想让知识长在大脑里。
但是不好长。
3.学习的敏感期
让神经元连接恰好形成有用的知识和技能，那是非常精密的过程，直接注射什么东西肯定是不行的。事实上因为神经元是肉长的，而大脑发育过程中各个区域的生长不一样，学习必须精密配合才行。我们讲戴维·威尔逊的《生命视角》这本书讲过一个概念叫“严格的灵活性”：大脑发育需要什么的时候，你必须给它什么。
首先营养得跟上。大脑非常消耗能量，小孩全身 50% 的能量都用在了大脑上。以色列发生过一件事情。一家生产婴儿奶粉的公司，违规没有在奶粉中添加维生素B1，导致几百个婴儿在出生之后的第一个月里，有 2-3 周的时间没有得到维生素 B1。而就因为这一点，这些孩子的语言学习就错过了敏感期，这使得他们一直到他们长大之后，语法能力都不正常！
这可不是一句“大脑可塑性”就能弥补的。是，可塑性可以弥补一部分，但毕竟是不如原装的好。科学家用动物做实验，阻断了声音信号传递到大脑处理听觉区域的路线，使得动物变聋，整个听觉区没用了。但是接下来，听觉区的神经元开始参与处理视觉信号！那你说这是不是对视觉更好呢？是不是上帝关上一扇门就打开一扇窗呢？并没有：听觉区神经元处理视觉信号的能力不如视觉区神经元，等于是干扰了视觉。
最理想的还是该干什么的区域就让它干什么。
人类大脑的视觉区域会在两岁之前彻底长好，而第一个月，就是视觉最关键的敏感期。婴儿刚出生的时候，光线从进入眼睛到后期处理需要 1/4 秒，几周之后就只需要 1/10 秒。两个眼睛同时看东西，形成一个立体感，能判断物体距离远近，这个能力是在出生后几年内建立起来的。那你说如果在此期间没有让人充分接触光线，没有好好看东西，会发生什么？他就不会有正常的视觉。
整个听觉的成长期到三、四岁的时候结束，但是语言识别的敏感期就在出生后的几个月。日语里 R 和 L 这两个音不分，日本婴儿出生几个月内没学会区分这两个音，就一辈子也分不清了。所以日本人学英语都分不清 right 和 light，red 和 led，elect 和 erect。
再比如中文里有四个声调，你要出生在中国，一岁之前的敏感期能听出来，就一辈子都能区分。你是个外国人，长大再学中文，中文的四声激活的就不是你的语言处理区域，你最多把它们当唱歌那种音调变化，你怎么学中文也说不好四声。有的中国孩子出生一年后被领养到美国，长大了一句中文都不会，可是测试表明，当他听中文的时候，四声变化仍然能激活他的语言处理区。
所以我们不尊重这个敏感期是不行的。语言区域的可塑性永远都不会降到 0，你要是特别努力学外语也能学得跟母语一样好，但是那太难了。十岁以后再学外语的，通常怎么学都会留下一点口音和怪异的语法痕迹。
如果孩子刚出生就发现是耳聋，要么你就立即给他的大脑中植入一个助听装置，要么就抓紧时间教他手语 —— 手语也可以算是一种自然语言。错过了第一年的语言敏感期，他此生的语法能力都受影响。
社交能力也是这样。如果婴儿在 20 个月之前没有得到父母很好的照顾，没有和人很好的互动，那么他终生的社交能力都会受限。
现在科学家在想办法重新打开大脑各个区域的可塑性，让我们比如说成年以后也那么容易学习语言。药物的方法，甚至电击的方法都用上了，不能说完全没希望，但是至少目前来说，我们不得不尊重大脑的发育顺序。
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那你说大脑为什么非得有一个敏感期，为什么不一直都保持高度的可塑性呢？根本的原因是你希望基本功能能稳定下来、成熟下来。你不希望永远花时间分辨别人说话的四声，你希望让那个技能进入快速通道，完了你好关注更高级的东西。
而另一方面，大脑的固化也定义了你是谁。将来不论你有什么境遇，只要一岁以前听的都是中文，你就永久性地被打上了中国的烙印。
好在我们的前额叶皮质固化的速度很慢，一直到青春期还在快速生长，永远都不会彻底固化。这使得你永远都可以学习新知识。跟别的动物相比，这是一个奇迹。
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