圖片來源：MIN HEO/The New Yorker
撰文 ED YONG
翻譯 梁嘉祺
審校 阿金 魏瀟
1920 年，在復(fù)活節(jié)周日的前一天晚上，藥理學(xué)家奧托·勒維（Otto Loewi）從睡夢(mèng)中醒來，一個(gè)重要的靈感出現(xiàn)在他的腦海中。他將這個(gè)想法寫在一張紙上后，立馬又睡了過去。當(dāng)他再次醒過來時(shí)，他發(fā)現(xiàn)他的字跡潦草得難以辨認(rèn)。但幸運(yùn)的是，第二天晚上，他的大腦中再次出現(xiàn)了這個(gè)想法。這其實(shí)是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，也正是這個(gè)實(shí)驗(yàn)最終證明了勒維長(zhǎng)期以來的一個(gè)理論假設(shè)：神經(jīng)細(xì)胞是通過交換化學(xué)物質(zhì)（神經(jīng)遞質(zhì)）來進(jìn)行交流的。1936 年，勒維（與亨利·哈利特·戴爾一起）因此獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
在勒維的“諾獎(jiǎng)之夢(mèng)”后將近一個(gè)世紀(jì)，睡眠能夠促進(jìn)人類創(chuàng)造性地去解決問題這一現(xiàn)象才獲得了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。現(xiàn)在，卡迪夫大學(xué)的潘妮·劉易斯（Penny Lewis）和其兩位同事將這些發(fā)現(xiàn)整合成一套新的理論，解釋了為什么睡眠與創(chuàng)造力有關(guān)。具體地說，他們的想法告訴我們：睡眠的兩個(gè)主要階段——快速眼動(dòng)（rapid eye movement，REM）睡眠和非快速眼動(dòng)（non-REM）睡眠能夠相互協(xié)作，幫助我們發(fā)現(xiàn)已知事物間尚未發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系，并且跳出思維定勢(shì)的條條框框，找到解決問題的新點(diǎn)子。
當(dāng)一個(gè)人開始入睡時(shí)，最先進(jìn)入的是非快速眼動(dòng)睡眠。非快速眼動(dòng)睡眠期包括兩個(gè)階段（細(xì)分則可為四個(gè)階段）。一個(gè)是淺睡眠，這種睡眠幾乎占據(jù)了整個(gè)晚上；另一個(gè)則是深睡眠，稱為慢波睡眠（slow-wave sleep, SWS）。這種情況下，大腦內(nèi)的細(xì)胞就像大合唱一樣——數(shù)百萬個(gè)神經(jīng)元同時(shí)加大馬力工作。劉易斯表示：“這是你在清醒狀態(tài)下不會(huì)出現(xiàn)的狀況。此時(shí)你正處于一種深度的生理狀態(tài)中，一旦被吵醒，你會(huì)感到不快。”
在這種狀態(tài)下，大腦會(huì)將記憶重現(xiàn)。以小鼠實(shí)驗(yàn)為例，白天小鼠穿越迷宮時(shí)，部分神經(jīng)元會(huì)被激活，而在夜間進(jìn)入睡眠后，這些神經(jīng)元便會(huì)以和白天完成迷宮任務(wù)時(shí)大致相同的順序，自動(dòng)工作起來。這種“重現(xiàn)”有助于鞏固并強(qiáng)化新形成的記憶，從而將它們整合到現(xiàn)有的知識(shí)中。但劉易斯解釋說，這類重現(xiàn)同樣能幫助大腦從各個(gè)細(xì)節(jié)中提取共性。
劉易斯說：“假設(shè)你回憶起你的生日派對(duì)，回憶里有禮物、蛋糕和氣球。與負(fù)責(zé)回想誰來參加了派對(duì)（或其他特別的細(xì)節(jié)）的大腦區(qū)域相比，負(fù)責(zé)回想禮物、蛋糕這些事物的大腦區(qū)域會(huì)受到更加強(qiáng)烈的刺激。隨著時(shí)間的推移，記憶中的細(xì)節(jié)可能會(huì)消失，但是主要特征依然存在。你對(duì)生日聚會(huì)的印象很大程度上就是受這個(gè)影響。”（一些科學(xué)家認(rèn)為，做夢(mèng)是大腦對(duì)這一過程有意識(shí)的表現(xiàn)；你的大腦將這些記憶重現(xiàn)，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。）
盡管這個(gè)過程一直都在發(fā)生，但是在劉易斯看來，由于海馬（hippocampus）與新皮質(zhì)（neocortex）間的緊密聯(lián)系，該過程在慢波睡眠中變得尤為強(qiáng)烈。海馬是大腦中部海馬形狀的區(qū)域，它負(fù)責(zé)捕捉事件和地點(diǎn)的記憶。新皮質(zhì)則位于大腦的外層，負(fù)責(zé)事實(shí)、想法和概念記憶的存儲(chǔ)。劉易斯的觀點(diǎn)是，海馬促使新皮層重現(xiàn)那些彼此之間的主題存在關(guān)聯(lián)的記憶——這些記憶可能發(fā)生在相同的地點(diǎn)，也可能是在其他細(xì)節(jié)上有共通之處，這樣新皮層才更容易“總結(jié)”出一個(gè)共同的主題。
另一個(gè)階段則是快速眼動(dòng)（rapid eye movement, REM）睡眠， REM 指的是眼球的快速運(yùn)動(dòng)?？焖傺蹌?dòng)睡眠與非快速眼動(dòng)睡眠有很大的不同。原本在非快速眼動(dòng)睡眠期間，神經(jīng)元會(huì)保持同步“大合唱”，而在非快速眼動(dòng)睡眠期間，這些神經(jīng)元卻毫不協(xié)調(diào)地產(chǎn)生“噪音”。這是因?yàn)樾缕拥脑S多部分都得到了激活，并且激活部位似乎還是隨機(jī)的。同時(shí)，神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿（acetylcholine，劉易斯在睡眠激發(fā)的研究中發(fā)現(xiàn)的就是這種化學(xué)物質(zhì)）大量釋放，擾亂了海馬和新皮層之間的聯(lián)系，使兩者處于一種十分靈活、可變性極強(qiáng)的狀態(tài)。此時(shí)神經(jīng)元之間聯(lián)系的形成、強(qiáng)化或削弱都變得更為容易。
劉易斯認(rèn)為，這些特征使得新皮層可以在無意間從看似無關(guān)的概念之間尋找到相似性，就像行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)與電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)之間的相似性那樣。劉易斯說：“假設(shè)你正在想辦法解決一個(gè)問題，然后突然卡住了，不知道如何繼續(xù)下去。在快速眼動(dòng)睡眠時(shí)，新皮層會(huì)將該問題中抽象而簡(jiǎn)化的元素重現(xiàn)出來，同時(shí)腦海中的其他事物也被隨機(jī)激活。不同事件之間的共性也便隨之得到增強(qiáng)。當(dāng)你第二天醒來后，這種輕微的增強(qiáng)很可能會(huì)讓你看待問題的視角出現(xiàn)一個(gè)輕微的改變——這很可能正好幫你解決問題?！?/span>
劉易斯表示：“關(guān)于這個(gè)話題的看法有很多。有人認(rèn)為慢波睡眠對(duì)創(chuàng)造力很重要，有人認(rèn)為快速眼動(dòng)睡眠才是。而在我們看來，其實(shí)是兩者共同發(fā)揮的作用?！睆谋举|(zhì)上來說，非快速眼動(dòng)睡眠將不同的概念提取出來，快速眼動(dòng)睡眠則負(fù)責(zé)將這些概念聯(lián)系起來。
至關(guān)重要的是，非快速眼動(dòng)睡眠與快速眼動(dòng)睡眠是相輔相成的關(guān)系。睡眠期間，非快速眼動(dòng)睡眠和快速眼動(dòng)睡眠每 90 分鐘左右替換一次。在這樣的晚上，海馬和新皮層反復(fù)經(jīng)歷著同步和分離的過程，抽象概念和建立聯(lián)系這兩個(gè)過程本身也在不斷重復(fù)。劉易斯寫道：“打個(gè)比方，就像兩個(gè)科研人員，他們最初一起研究同一個(gè)問題，隨后分開單獨(dú)思考，接著又聚集起來進(jìn)行進(jìn)一步的研究?！?/span>
劉易斯補(bǔ)充道：“這帶給我們的啟示是，假如你正在處理一個(gè)難題，你要保證自己有充足的睡眠時(shí)間。特別是如果要做的事情需要?jiǎng)?chuàng)造性思維，或許適當(dāng)控制下腳步，不要太匆忙也不錯(cuò)?！?/span>
盡管這個(gè)理論框架的一部分有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)作支撐，但是其他部分還只是猜想，需要進(jìn)行實(shí)證。比方說，劉易斯的“在非快速眼動(dòng)睡眠期間，海馬可以促使新皮層再現(xiàn)相關(guān)的記憶”的預(yù)感，就缺乏足夠的證據(jù)。劉易斯承認(rèn)：“我知道這可能有點(diǎn)牽強(qiáng)?！钡谝恍┭芯恐幸擦粢獾?，慢波睡眠提高了大腦識(shí)別具有共性的概念的能力。在某個(gè)被廣泛使用的實(shí)驗(yàn)任務(wù)里，人們必須學(xué)習(xí)一個(gè)單詞列表，列表里是“夜晚、黑暗、煤炭”這樣的詞，圍繞著一個(gè)隱藏的主題詞。如果學(xué)完單詞后人們睡了一覺，他們就更可能（錯(cuò)誤地）記得，他們?cè)谧鋈蝿?wù)的時(shí)候也學(xué)過“黑色”這個(gè)主題詞。然而，圣母大學(xué)（University of Notre Dame）的杰西卡·佩恩（Jessica Payne）卻在她的某個(gè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，慢波睡眠有著相反的效果。
盡管如此，撇開這個(gè)“小小的分歧”，佩恩認(rèn)為劉易斯的大部分理論是正確的，尤其是“快速眼動(dòng)睡眠將概念性知識(shí)以近乎荒謬而富有創(chuàng)造性的方式組合起來”這點(diǎn)。佩恩說：“我認(rèn)為劉易斯的想法大體上是正確的?！?/span>
劉易斯的理論框架還有一個(gè)她認(rèn)為更為麻煩的弱點(diǎn)，那就是：在沒有任何明顯精神問題的情況下，人們是可以被完全剝奪掉快速眼動(dòng)睡眠的。比方說，一名以色列男子在腦損傷后，就無法進(jìn)入快速眼動(dòng)睡眠。劉易斯說：“他是一名十分優(yōu)秀的律師，并為當(dāng)?shù)貓?bào)紙?jiān)O(shè)計(jì)智力游戲。這對(duì)我們的理論來說絕對(duì)是個(gè)問題?！?/span>
“我確定（理論）不是 100% 正確的，”劉易斯笑著補(bǔ)充道，“但是我們剛剛得到了一組強(qiáng)力支持它的結(jié)果?！彼膱F(tuán)隊(duì)試圖讓睡眠志愿者在慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠中“重演”記憶，并發(fā)現(xiàn)了不同睡眠類型的不同效果。這些結(jié)果不久后應(yīng)該會(huì)公布出來。同時(shí)，研究小組也在開發(fā)促進(jìn)或抑制這兩個(gè)睡眠階段的方法，了解它們是如何影響人們解決問題的能力的。這都是五年研究計(jì)劃中的一部分，而他們現(xiàn)在正處于第一年。
劉易斯還與諾丁漢大學(xué)的馬克·范·羅森（Mark van Rossum）合作，開發(fā)一款人工智能，用來學(xué)習(xí)她所認(rèn)為的大腦睡眠模式。這款人工智能設(shè)有兩個(gè)模塊，一個(gè)負(fù)責(zé)抽象概念，一個(gè)負(fù)責(zé)（概念間的）聯(lián)系。
“所以說你要開發(fā)一款能睡覺的人工智能？”我問道。
“是的?！彼f。
我很好奇它是否會(huì)夢(mèng)到電子羊。
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