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維持專注,學習能力卻變差?研究建議做這件事能改善

2020-05-20 10:31天下文化 文╱摘自《為什麼要睡覺?:睡出健康與學習力、夢出創意的新科學》

【文、圖/摘自天下文化《為什麼要睡覺?:睡出健康與學習力、夢出創意的新科學》,作者沃克】

人腦的學習能力是否隨著一天中持續醒著的時間而衰退?如果是的話,睡覺是否能扭轉這種...
人腦的學習能力是否隨著一天中持續醒著的時間而衰退?如果是的話,睡覺是否能扭轉這種記憶體逐漸飽和的效應,修復學習能力? 圖/ingimage

學習之前先睡飽,把學習能力補充好

在學習前的睡眠,能夠讓我們從頭產生新記憶的能力重新振作,而且這件事每天晚上都在進行。我們醒著的時候,不管有意無意,腦隨時在獲取並消化新訊息,這些稍縱即逝的記憶,會由腦中一個稱為海馬迴(hippocampus)的區域捕捉下來。記住那些基於事實的訊息,也就是多數人認為的課本式學習,例如記住某人的名字、新的電話號碼、自己把車停在哪裡,過程中海馬迴會吸取這些流過的經驗,並把細節連結在一起。

海馬迴是腦中長得像手指的長形構造,你的大腦有兩個海馬迴,兩側各有一個,那裡是新記憶的短期儲存處,也就是暫時儲存訊息的地方。可惜海馬迴的儲存容量是有限的,就像相機的底片膠卷,或者用更與時俱進的比喻來說,就像USB 隨身碟。一旦超過儲存容量,你就可能無法吸收更多訊息,或者新記憶必須覆蓋過另一筆記憶,這種情況稱為干擾遺忘(interference forgetting),同樣糟糕。

那麼,腦又如何處理這種記憶容量問題?好些年前,我的研究團隊想知道睡眠是否藉由檔案轉移的機制,來解決儲存空間不足的問題。

或許睡眠把腦中新近獲得的記憶搬到長期儲存地點,藉此釋出短期記憶的儲存空間,所以我們醒來後學習新事物的能力又恢復了。

白天小睡幫助記憶

我們先用白天的小睡來測試這個理論。我們徵召了一群健康的年輕成人,隨機分配到午睡組和不睡組。中午時,所有參與者都要經歷一段嚴酷的學習過程(記住一百張人臉與名字的配對),目的在於增加海馬迴的負擔。一如預期,兩組參與者的表現相當。

之後,午睡組在睡眠實驗室進行九十分鐘的午睡,頭皮上貼著電極,測量睡眠狀態。而不睡組在實驗室中保持清醒,從事輕鬆的活動,例如上網瀏覽或玩桌遊。當天傍晚六點時,所有參與者再次進行密集的學習,嘗試把更多新資訊塞入短期儲存空間(記住另外一百張臉孔與名字的配對)。

我們想弄清楚的問題很簡單:人腦的學習能力是否隨著一天中持續醒著的時間而衰退?如果是的話,睡覺是否能扭轉這種記憶體逐漸飽和的效應,修復學習能力?

那些整天醒著的人,即使專注力維持穩定(透過注意力與反應時間的測試來確認),學習能力卻明顯變差。相對的,午睡過的人成績明顯較好,而且記住事實的能力實際上還提升了。這兩組人在傍晚六點的表現差異並不小,午睡組的學習成果贏了20%。

睡眠紡錘波可以恢復學習能力

我們觀察到睡眠能騰出記憶空間,幫助腦恢復學習能力,於是想進一步尋找是睡眠中的什麼因素促成這種修復。午睡組的腦波分析給了我們答案。記憶力的恢復與較淺的非快速動眼第二期有關,特別是其中的睡眠紡錘波,也就是第3章提過的一種急促而有力的腦波。如果在小睡時有愈多睡眠紡錘波,醒來後學習能力的恢復也愈好。重要的是,睡眠紡錘波並不能預測那個人本身的學習能力。若是個人天生的學習能力只和紡錘波密切相關,這樣的結果會有些無趣。而實際上,睡眠紡錘波能預測的是睡前和睡後學習能力的差別,也就是學習能力的補充程度。

更令人驚嘆的是,當我們分析睡眠紡錘波這種急促的電活動時,也觀察到異常穩定反覆的電流,在整個腦中以一百到兩百毫秒的間隔重複發生。這個脈衝持續在海馬迴(儲存空間有限的短期記憶體)和皮質(長期儲存記憶的大型硬碟)之間來回。直到此時,我們才開始認識到睡眠在安靜面貌底下祕密進行的電流運輸:把事實記憶從暫時的儲存裝置(海馬迴)搬移到長期的保險庫(皮質)。這個過程中,睡眠開心的清理海馬迴,幫短期訊息儲存處清出許多可用空間。學習者醒來,昨天的經歷已經轉移到較為長久的安全儲存處,海馬迴能夠再次容納新資訊。在嶄新的一天,他們可以再度開始學習新的事實。

那次實驗之後,我們及其他研究團隊也對夜間睡眠進行同樣的研究,發現同樣的結果:一個人在夜裡的睡眠紡錘波愈多,第二天學習能力的恢復程度也愈好。

思考年長和教育問題

.書名:為什麼要睡覺?:睡出健康與學習力、夢出創意的新科學.作者:沃克....
.書名:為什麼要睡覺?:睡出健康與學習力、夢出創意的新科學
.作者:沃克
.譯者:姚若潔
.出版社:天下文化
.出版日期:2019/01/30
最近,我們把這個研究主題轉移到老化問題上。我們發現年長者(六十到八十歲)無法產生像健康年輕人一樣多的睡眠紡錘波,減少程度達40%。這導致如下預測:老年人在某個晚上產生的睡眠紡錘波愈少,第二天就愈難把新的資訊塞進海馬迴,因為前一晚短期記憶容量的清空程度沒那麼高。於是我們進行研究,而結果正如預期:老人夜間的睡眠紡錘波數量愈少,第二天的學習能力愈低,要他們記住我們給予的資訊就愈顯困難。睡眠和學習的這種關聯,又多給我們一個理由,相信醫療體系應重視老人對睡眠的抱怨,迫使研究者(包括我自己)去尋找非藥物的新方法來提升全球年長族群的睡眠。

非快速動眼睡眠紡錘波的密度,在睡眠後期的早晨階段特別豐富,夾在兩次較長的快速動眼睡眠之間。所以如果你只睡六個小時或更少,得不到該有的充足睡眠紡錘波,腦就無法讓學習能力恢復,這值得我們從更廣的社會層面來思考。

海馬迴
老化
記憶力
睡眠品質
睡眠不足

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