三、藏在微觀世界里的秘密

成績好的秘密并不在于“看得見”的宏觀大腦，而在于“看不見”的微觀世界。學習的本質，是大腦增加看不見的“軟件”，而不是看得見的“硬件”。

讓我們正式進入大腦的微觀世界，看看從腦科學的層面而言，什么是真正的學習。

正如你在圖1中看到的，這就是神經細胞（神經元）的樣子。任何人的大腦，包括動物的大腦，細分到細胞層面，都是類似的神經細胞。

這是一種多角形的細胞，中間圓滾滾的細胞核承載著生命體的遺傳物質。細胞體的每個角都伸出長長的“觸手”并彼此相連，而這些“觸手”叫作樹突或者軸突，觸手的連接叫作“突觸”。每個神經元的細胞體的大小在幾微米[1]到10微米之間，肉眼無法觀察到，只有用電鏡或者特殊的顯微鏡才能看清。

為什么要有這么多的觸手和連接呢？因為大腦在本質上是一個信息處理工具。信息處理最重要的就是傳遞和交流。單個幾微米大小的神經元并不會有任何作為。一般來說，連接越多，交流越活躍，大腦的功能就越強。

作為最復雜的信息處理器，人的大腦擁有860多億個神經元，而每個神經元擁有超過1.5萬個突觸。每時每刻，我們大腦里數萬億個神經信號就像接力賽運動員一樣在神經元組成的網絡上飛奔著。

學習的本質并不是增加神經細胞，而是增加神經細胞之間的連接——突觸。

這是人類進化過程中一個非常聰明的設計。因為如果學習本領會增加神經細胞的數量，那么隨著知識的積累，大腦就會越來越大，每個人都會成為“大頭娃娃”，這對生物體而言是一種非常大的累贅。

如果知識越淵博頭越大，你就會看到有很多大學教授、院士頂著大頭在校園里或者研究所里走來走去，而校園里的學霸個個都是可愛的大頭娃娃。那樣的話，考察一個人的學識也不必考試了，直接量頭圍就行了。

實際上，神經連接并不增加大腦的體積，而只在微觀層面（微米級別）長出樹突棘（后面會詳細講述），就像計算機的軟件一樣。大腦這種只增加“軟件”、不增加“硬件”的機制，很好地適應了資源有限的環境。

如果我們對一項技能或知識完全陌生，大腦的神經元可能就沒有這方面的任何連接。當我們不斷重復習得技能或者知識時，一個個神經元就開始手牽著手，慢慢地嘗試進行新的連接。刻意訓練的次數越多，重復得越頻繁，神經元的連接就越穩定，我們所掌握的本領就越牢固。

可是，這又帶來了另一個問題。就像軟件是可以卸載的，如果一項已經掌握的技能長期不實踐，已經習得的知識十幾年沒有被喚起過，那么大腦中穩定的神經連接就會慢慢減弱，直到完全消失。這個過程就叫作“忘記”。我現在就已經忘記20多年前高中老師教我的圓錐曲線和二次函數知識了，雖然當時我的數學成績還不錯。

無數神經元組成了神經連接，無數的神經連接進一步組合形成了神經網絡，而神經網絡就是我們思考和解決問題的有力武器。

所以，一個人在學習上出類拔萃，是因為他的大腦擁有更加復雜的神經連接和神經網絡。

必須說明的是，神經細胞、神經連接和神經網絡雖然都存在于微觀世界，但都是物質的，并不屬于精神世界。所以學習靠的并不是精神力量，而是有微觀的物質基礎。所謂的“學會”，并不是“心領神會”，而是真的長出了神經連接。用通俗的話說就是：學習真的可以長腦子、長記性。

2014年，《科學》雜志發表了一篇腦科學的研究論文，深刻闡明了學習對于大腦物質上的改變。[2]

科學家首先教小鼠學習一種新的運動技能（在某根桿子頂部保持平衡）。小鼠學會以后，立刻讓小鼠去睡覺。小鼠睡醒以后，用一種新技術觀看小鼠大腦皮質的微觀變化。結果發現：在微米的層級上，小鼠的腦細胞的樹突上長出了許多小小的“新芽”。這就是樹突棘——構成神經連接的重要物質結構。

這項研究至少說明了三個問題：

第一，學習對大腦的改變，并不在精神層面，而在物質層面，只不過這種改變過于細微，所以我們平時感受不到。（這就好比細菌感染——大量微米級別的細菌在我們身上繁殖，讓我們發燒生病。）正如長輩們一直和我們說的，學習可以長腦子！長出“新芽”樹突棘的過程，就是真正的長記性。

第二，樹突棘的數目與神經連接（突觸）數是相關的。對于哺乳類動物來說，腦中的突觸變化是學習的基礎。

第三，學習要改變大腦，必須經過睡眠。研究中，科學家為了探索睡眠是否會影響突觸變化，他們訓練小鼠學習技能后，將它們分成兩組進行研究。有些小鼠可以在學習后馬上入睡，而另外一些小鼠則要經歷一段8小時的睡眠剝奪時間。睡眠可令新樹突棘數增加，而剝奪睡眠不利于新的樹突棘的生長。

所以，睡覺也是學習過程的一部分。這就是為什么我做學生的時候發現成績好的同學大多保證了充足的睡眠！因為睡覺的時候才能長出樹突棘，形成神經連接，讓短期記憶變成穩定的長期記憶，以應對考試。

接下來，讓我們看看第二項研究：倫敦出租車司機怎樣通過學習改變大腦？

倫敦的道路非常復雜，能讓GPS（全球定位系統）都陷入癱瘓。倫敦主干道很彎曲，主干道間的連接也是奇怪的夾角，城市中到處都是單行道，環形交叉路和“斷頭路”也隨處可見。此外，倫敦采用古怪的編號系統，人們單看地址的話，經常會找錯地方。

但倫敦出租車司機有著令人震驚的能力，他們能以最高效的方式把你從甲地載到乙地，不僅能考慮到各種可行路線的長度，還會估計一天中不同時間的交通狀況、臨時路況以及道路封閉情況。據報道，倫敦出租車司機要記住25萬條街道，掌握城市不規則的布局。[3]

是什么讓他們擁有如此驚人的能力呢？英國倫敦大學學院（UCL）的教授們將倫敦出租車司機和普通人做對比，通過磁共振成像技術發現，出租車司機們的大腦海馬回軀干和后側部分的體積比普通人的大。

大腦的海馬回是記憶的關鍵部位，這一點后文還會詳細討論。倫敦出租車司機曾經也是普通人，是日復一日的訓練和積累讓他們擁有了驚人的記憶力和更大的海馬回。這說明大腦的記憶能力是可以通過后天學習訓練的。學習真的可以使大腦的物質結構發生變化！而且這種變化并不局限于兒童，在成年人中也一樣會發生！

當我們記住一小段信息時，大腦內部大概有數千甚至數萬個神經連接（突觸）形成。因為只有發生物質上的改變，才有利于長期保留。所有的考試、競賽依賴的都是長期記憶，而長期記憶所倚仗的就是大腦皮質物質結構的改變——通過神經連接和神經網絡的形成，把知識和信息刻入大腦皮質。

反過來說，要想學得好、記得牢，一定要保證對大腦物質供應的充足，特別是形成神經連接所需的蛋白質的供應。如果大腦是儲存知識的倉庫，那么蛋白質就是建造倉庫的磚頭和水泥。

科學家曾對背誦后的學習者使用抑制蛋白質合成的抑制劑，干擾神經細胞、神經連接的形成，結果影響了學習者的記憶力。因此，養成學習型大腦的前提是保證大腦攝入豐富的營養。

早些年間，世界上某些貧困地區智力較低的孩子比較多，而這些孩子甚至沒有辦法完成義務教育階段的學習任務，主要原因就是營養不良。他們的大腦里缺乏形成神經連接需要的基本物質。大腦能量不足或者大腦中沒有形成突觸所需的穩定物質，孩子的基本學習就無法實現，這是一個人無法通過自身奮斗和刻苦學習來克服的障礙。

我并不是鼓勵大家多吃肉，而是想要告訴大家，肉、蛋、奶中含有豐富的蛋白質，可以在體內轉化為氨基酸被吸收，而氨基酸是形成神經連接的重要物質。因此，越是學習辛苦的時候，越是要注意營養的均衡。我提倡每天攝入新鮮的優質蛋白質和足夠的碳水化合物、纖維素，以保證“記憶工廠”正常運轉。

既然影響一個人學習能力的并不是大腦的基本結構，而是微觀世界的神經連接和神經網絡，那么，怎樣才能打造出強大的神經連接和神經網絡呢？

答案是：刺激。

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[1]1微米=0.001毫米。

[2]Science.2014 June 6;344(6188):1173-1178.doi:10.1126/science.1249098。

[3]Maguire E. A.、 Gadian D. G.、 Johnsrude I. S.，et al. “Navigation-related struct-ural change in the hippocampi of taxi drivers．”Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.2000.