AI時代,大腦如何精準學習

AI時代,大腦如何精準學習

《AI時代,大腦如何精準學習》是法国认知神经科学家史坦尼斯勒斯.狄漢的著作,原著 How We Learn 于二〇二〇年出版,繁体中文版由洪蘭翻译。狄漢是法兰西公学院实验认知心理学讲座教授,在国际期刊发表过四百多篇论文,代表作有《數字感》与《大腦與閱讀》,曾获有”脑科学界诺贝尔奖”之称的格雷特.伦德贝克脑奖。全书分三部分:第一部分讲”学习是什么”,第二部分讲”我们的大脑如何学习”,第三部分把论证收拢为”学习四支柱”:注意力、主动参与、错误回馈与固化。译者洪蘭在序言里说这本书”有一分证据说一分话”,句句论断背后都有实验支撑。

狄漢对学习的定义,开篇就翻转了直觉:学习不是往空容器里灌数据,而是在大脑中为外部世界建立内在模式,再用新证据不断调整它的参数。他把现代机器学习搬进来做参照:类神经网络靠梯度下降修正权重,强化学习靠行动—批评网络评估奖赏,而大脑做的其实是同一类事——它是一个会计算概率的”贝氏大脑”,带着一套由演化积累下来的先验假设,把这套假设投射到外部世界,再从中挑选最符合当下环境的模型。法国神经学家尚热的一句话被狄漢引为学习本质的注脚:”學習就是排除不對的”(To learn is to eliminate)。这句话的妙处在于它把学习从加法变成了减法:进步不是靠无止境地堆积信息,而是靠不断删掉错误的假设。

这套框架还有一个副产品,就是把人类婴儿摆到了人工智能的对面。狄漢毫不客气地指出,即使最强的人工智能,在数据效率上也输给一个婴儿:婴儿听一两次重复就能学会一个新词,而类神经网络需要吞下海量标注数据;婴儿天生会估算概率、做反向推理、追踪他人的意图,机器则在抽象概念、社会学习和”一次学习”上举步维艰。用推荐序里总结的一句狄漢式格言来说:”沒有驚嚇、沒有學習”。惊讶是预测误差的信号,是大脑修正内在模型的总开关——这一点,后文的错误回馈支柱还会展开。

第二部分是全书最有颠覆性的章节。狄漢用几十年婴儿研究证明:婴儿不是一块白板。刚出生的婴儿已拥有物体、数字、概率、空间和面孔的核心知识,会对违反”一加一等于二”的场景露出惊讶表情;两个月大的婴儿在功能性磁振造影下显示的语言回路与成人相同,连接布洛卡区的弓状束更是先天就存在。基于这些发现,他提出了著名的”神经元回收”假说:阅读、算术这些文化发明之所以能被学会,是因为它们在大脑里找到了功能相近的旧回路并”借用”过来——比如视觉皮质中专门处理字母形状的”字母盒”区。书的前言举了两个极端案例:全盲又瘫痪的巴西男孩菲力普学会三种语言并用特殊键盘写小说,三岁切除右脑的画家尼可长大后素描功力惊人。这说明可塑性与先天结构并存:回路的大框架由演化写定,学习能改动的只是神经连接末端”几毫米”的范围。

第三部分的四支柱,是把神经科学翻译成日常学习法的部分。第一支柱注意力,是进入学习的大门。狄漢引用了认知科学的地标实验”看不见的大猩猩”:让学生数白队传球次数,多数人竟看不见走到画面中央捶胸的大猩猩。书中写道:”要看到需要先注意到,假如一個學生沒有去注意,他們就沒有看到老師的信息,而沒有看到的,自然沒有辦法學會。”这个论断的价值在于它有脑机制支撑:只有被注意的信息才能引发皮质神经元的持续放电,触发突触的长期增益效应;没被注意的信息只停留在感觉区,形不成记忆。

第二支柱主动参与,直指”被动学习学不到东西”:学习需要主动提出假设,好奇心是它的燃料。第三支柱错误回馈则最有现实针对性:犯错是更新心智模式的必要条件,但全世界的学校都把错误回馈异化成了处罚和羞辱,而负面情绪会摧毁大脑的学习潜能。只有免于恐惧的环境,才能重新打开神经可塑性的大门。后设认知——知道自己大脑的长处和短板——同样是学业成就最重要的单一因素。

第四支柱固化讲的是睡眠。狄漢花整整一章论证:睡眠绝不是大脑在休息,而是学习算法的一部分——海马回在睡眠中以快二十倍的速度”重播”白天的经历,把信息转存到皮质的长期记忆里。早在一九二四年就有实验证明,睡过一觉的受试者几乎不遗忘,而清醒组沿着遗忘曲线一路下滑。更有意思的是,睡眠不只强化记忆,还孵化创造力:教受试者一道暗藏捷径的复杂计算题,睡一夜之后发现捷径的人数翻倍,不睡觉的对照组则无人开悟。书末的十三条教育建议里有一条直接写给教育制度:学校应因应青少年睡眠周期的变化,不要太早叫他们起床。这与书中的另一句格言形成呼应:”記憶看的不是過去,而是未來”。记忆的演化功能,本就是为了预测和规划未来,而不是存档过去。

总的来说,这是一本”有一分证据说一分话”的书。它的优点是把人工智能、婴儿认知、睡眠研究三条线索拧成一套统一的学习理论,又把理论落成家长和教师明天就能用的方法。它的局限在于,书末的建议大多面向儿童教育,成年人的职场学习着墨较少。但对于想搞懂”人到底是怎么学会东西的”读者——无论是为孩子操心的家长、一线教师,还是在AI时代焦虑自己会不会被取代的普通人——这本书都值得一读。它最终要说服我们的其实很简单:大脑至今仍是最快、最高效、最省电的信息处理设备,而我们对它的使用说明书,才刚刚写完第一章。

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