学习的强大助力:在学习之间睡眠

新的研究表明,睡眠不仅有助于学习,还有助于“再学习”

良好的睡眠可以带来改变。它的好处包括改善精力和情绪,增强免疫系统功能和血糖调节,以及提高警觉性和集中注意力的能力。鉴于所有这些好处,人类一生中有三分之一的时间用于睡眠,这在进化上是有道理的。然而,睡眠似乎还有另一个重要功能:帮助我们学习。在大量的记忆任务中——包括单词列表、迷宫位置、听觉音调等等——训练后入睡比保持清醒能产生更好的表现。这促使许多睡眠研究人员得出了一个发人深省的结论:除了仅仅支持学习之外,睡眠对于学习本身至关重要,甚至可能直接负责。

神经科学的最新发现为这种可能性提供了见解。睡眠对于长时程增强作用似乎很重要,这是一种神经元之间信号的加强,被广泛认为是学习和记忆的机制。白天获得的一些记忆似乎在睡眠期间被重新激活和“重播”,这可能有助于使它们更持久。在某些情况下,记忆任务中出现的进步量与某些睡眠阶段所花费的时间呈正相关。这些和其他发现正在睡眠研究人员中引起极大的兴奋,同时也引发了关于睡眠在学习中可能可能起作用的程度的激烈辩论。

迄今为止,大多数睡眠和学习研究都集中在回忆上,即记住信息的能力。然而,里昂大学的斯蒂芬妮·马扎和她的同事们最近发表在《心理科学》杂志上的新研究表明,睡眠还有另一个潜在的好处:提高再学习能力。再学习是指重新获得遗忘信息的过程。因为我们不可能记住所有遇到的信息,所以经常需要回去再次学习这些信息。这就是再学习发生的时候——例如,在准备考试、参加复习课程或仅仅是在一段长时间后重新审视一个主题时。根据这项新的研究,睡眠可以增强再学习能力:它可以使我们再学习的速度快一倍,效果好三倍。


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在这项研究中,40 名讲法语的成年参与者学习了 16 对斯瓦希里语-法语的单词对(例如,nyanya-tomate),在 12 小时(包括或不包括睡眠)后重新学习这些单词对,并在 1 周后和 6 个月后测试他们对这些单词对的记忆力。每位参与者都作为随机分配的“清醒”或“睡眠”组的一部分完成了研究。在清醒组中,最初的学习课程在上午 9 点进行,再学习课程在同一天的晚上 9 点进行;在睡眠组中,最初的学习课程在晚上 9 点进行,再学习课程在第二天上午 9 点进行,经过一夜的睡眠。在学习课程中,参与者首先学习了所有单词对。接下来,显示每对中的斯瓦希里语单词本身,而参与者试图回忆起它的法语对应词。每次尝试后,都会显示正确答案,允许参与者进一步学习。在每对词成功回忆一次后,学习课程结束。在再学习课程中,参与者再次尝试回忆每对单词的法语单词,然后继续循环浏览整个列表,直到他们可以完美回忆起所有单词对。因此,当再学习课程完成时,在过去 12 小时内被遗忘的任何单词对都会被练习,直到可以再次正确回忆起来。

在最初的学习课程中,睡眠组和清醒组之间没有观察到表现差异,这表明两组都发生了类似程度的学习。然而,在再学习课程中出现了显着差异:睡眠组的参与者平均在第一次尝试中回忆起 10 对单词,而清醒组的参与者只能想起大约 7 对;此外,睡眠的人只需要大约三个循环就可以完成再学习,而没有睡觉的人则需要两倍的时间。即使睡眠组中表现最差的成员——那些比其他成员遗忘更多单词对并且需要再学习最多的成员——仍然比表现最好(并且最不容易遗忘)的清醒组成员需要更少的循环来再学习。

除了令人印象深刻的结果外,在学习和再学习课程之间睡眠的好处在长期也显而易见。一周后,睡眠组的参与者比清醒组的参与者正确回忆起更多的单词对(平均为 15 对比 11 对),六个月后,他们的回忆表现虽然由于一些遗忘而减弱,但仍然比清醒组好三倍(平均为 9 对比 3 对)。因此,尽管两组都在再学习课程中练习到了完美回忆的水平,但只有在再学习之前睡过觉的人才获得了任何长期记忆益处。

睡眠组的参与者进行再学习对于他们长期表现的提高也至关重要。作为对主要实验的后续研究,一个由 20 名额外参与者组成的对照组遵循了与睡眠组几乎相同的所有程序,包括在每天的同一时间进行训练并在初次学习后睡觉。然而,这些参与者没有进行再学习课程,而是只简单地练习了一次单词对列表。如果没有再学习,他们随后的回忆表现并不比清醒组好。因此,正是初次学习后睡觉,再加上进行再学习本身,产生了长期的记忆益处。

马扎和她的同事们将他们的结果解释为睡眠“转化”记忆的证据,使初次学习的效果更强,并增强随后的再学习能力。按照这种解释,睡眠不仅可以防止记忆被遗忘,还可以使在再学习期间更容易恢复记忆。为了支持这一结论,作者指出,总睡眠时间与回忆和再学习表现呈正相关(参与者睡得越久,他们在两方面的表现往往越好)。这种模式与之前研究中观察到的模式相似,与两种可能性一致:要么是睡眠特有的机制促进学习,为改善再学习奠定基础,要么是睡眠允许经常发生的学习过程不受干扰地发生,这也促进了记忆并加速了再学习。这两种可能性在本研究和相关研究中仍然可行,因此邀请未来的研究将两者分开。

此外,虽然这项最新研究揭示了睡眠的一个重要且很大程度上未知的潜在好处,但仍然有待确定相同的益处是否会在其他情况下(例如,当再学习非语言材料时)显现出来。还需要注意的是,马扎和她的同事们让他们的睡眠组和清醒组在一天中的不同时间进行训练。在我和蒂姆·里克德对睡眠和运动学习研究进行的最近的荟萃分析中,我们发现这种“时间变化”的实验设计通常会导致睡眠组与清醒组相比表现更好,而与是否存在睡眠特有的学习益处无关。这可能是因为人类的疲劳程度、警觉性和其他特征会根据一天中的时间和他们自然的睡眠冲动而变化——这些差异可能不一定会在睡眠研究的参与者经常被要求填写的嗜睡调查中显现出来(正如本研究中发生的那样)。需要进一步的研究,其中睡眠组和清醒组不会受到如此广泛不同的时间表的限制,以解决这个问题。

目前,这些新的结果表明,在学习课程之间睡觉可能是一种特别有效的学习策略,尤其是在学习者花时间反复回顾和再学习以达到高水平表现时。例如,如果需要完全掌握一套材料,例如为执照考试准备的官方手册,那么这些材料应该在多个学习课程中并在睡眠期间反复学习。将这些学习课程安排在睡前不久进行也可能有助于改善未来的记忆和再学习。在一个不间断的睡眠之夜似乎越来越罕见的世界里——而且我们中的许多人尝试昂贵且未经证实的方法来改善学习和记忆——这些可能是一些更有力的理由来拥抱梦乡。

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Steven C. Pan is a chancellor's postdoctoral fellow and learning scientist at the University of California, Los Angeles. His research involves using the tools of cognitive psychology and neuroscience to enhance human learning, memory and performance.

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