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）從睡夢中醒來，一個重要的靈感出現(xiàn)在他的腦海中。他將這個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，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)了這個想法。這其實(shí)是一個簡單的實(shí)驗設(shè)計，也正是這個實(shí)驗最終證明了勒維長期以來的一個理論假設(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。

在勒維的“諾獎之夢”后將近一個世紀(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)驗的證實(shí)?，F(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：睡眠的兩個主要階段——快速眼動（rapid eye movement，REM）睡眠和非快速眼動（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，并且跳出思維定勢的條條框框，找到解決問題的新點(diǎn)子。

當(dāng)一個人開始入睡時，最先進(jìn)入的是非快速眼動睡眠。非快速眼動睡眠期包括兩個階段（細(xì)分則可為四個階段）。一個是淺睡眠，這種睡眠幾乎占據(jù)了整個晚上；另一個則是深睡眠，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)百萬個神經(jīng)元同時加大馬力工作。劉易斯表示：“這是你在清醒狀態(tài)下不會出現(xiàn)的狀況。此時你正處于一種深度的生理狀態(tài)中，一旦被吵醒，你會感到不快?！?/span>

在這種狀態(tài)下，大腦會將記憶重現(xiàn)。以小鼠實(shí)驗為例，白天小鼠穿越迷宮時，部分神經(jīng)元會被激活，而在夜間進(jìn)入睡眠后，這些神經(jīng)元便會以和白天完成迷宮任務(wù)時大致相同的順序，自動工作起來。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)有的知識中。但劉易斯解釋說，這類重現(xiàn)同樣能幫助大腦從各個細(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，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（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)域會受到更加強(qiáng)烈的刺激。隨著時間的推移，記憶中的細(xì)節(jié)可能會消失，但是主要特征依然存在。你對生日聚會的印象很大程度上就是受這個影響?！?/span>（一些科學(xué)家認(rèn)為，做夢是大腦對這一過程有意識的表現(xiàn)；你的大腦將這些記憶重現(xiàn)，并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。）

盡管這個過程一直都在發(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。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)”出一個共同的主題。

另一個階段則是快速眼動（rapid eye movement, REM）睡眠， REM 指的是眼球的快速運(yùn)動。快速眼動睡眠與非快速眼動睡眠有很大的不同。原本在非快速眼動睡眠期間，神經(jīng)元會保持同步“大合唱”，而在非快速眼動睡眠期間，這些神經(jīng)元卻毫不協(xié)調(diào)地產(chǎn)生“噪音”。這是因為新皮層的許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，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問題，然后突然卡住了，不知道如何繼續(xù)下去。在快速眼動睡眠時，新皮層會將該問題中抽象而簡化的元素重現(xiàn)出來，同時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)很可能會讓你看待問題的視角出現(xiàn)一個輕微的改變——這很可能正好幫你解決問題?！?/span>

劉易斯表示：“關(guān)于這個話題的看法有很多。有人認(rèn)為慢波睡眠對創(chuàng)造力很重要，有人認(rèn)為快速眼動睡眠才是。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，非快速眼動睡眠將不同的概念提取出來，快速眼動睡眠則負(fù)責(zé)將這些概念聯(lián)系起來。

至關(guān)重要的是，非快速眼動睡眠與快速眼動睡眠是相輔相成的關(guān)系。睡眠期間，非快速眼動睡眠和快速眼動睡眠每 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)系這兩個過程本身也在不斷重復(fù)。劉易斯寫道：“打個比方，就像兩個科研人員，他們最初一起研究同一個問題，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難題，你要保證自己有充足的睡眠時間。特別是如果要做的事情需要創(chuàng)造性思維，或許適當(dāng)控制下腳步，不要太匆忙也不錯。”

盡管這個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)。”但她在一些研究中也留意到，慢波睡眠提高了大腦識別具有共性的概念的能力。在某個被廣泛使用的實(shí)驗任務(wù)里，人們必須學(xué)習(xí)一個單詞列表，列表里是“夜晚、黑暗、煤炭”這樣的詞，圍繞著一個隱藏的主題詞。如果學(xué)完單詞后人們睡了一覺，他們就更可能（錯誤地）記得，他們在做任務(wù)的時候也學(xué)過“黑色”這個主題詞。然而，圣母大學(xué)（University of Notre Dame）的杰西卡·佩恩（Jessica Payne）卻在她的某個實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)，慢波睡眠有著相反的效果。

盡管如此，撇開這個“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“快速眼動睡眠將概念性知識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)入快速眼動睡眠。劉易斯說：“他是一名十分優(yōu)秀的律師，并為當(dāng)?shù)貓蠹堅O(shè)計智力游戲。這對我們的理論來說絕對是個問題?！?/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)隊試圖讓睡眠志愿者在慢波睡眠和快速眼動睡眠中“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)該會公布出來。同時，研究小組也在開發(fā)促進(jìn)或抑制這兩個睡眠階段的方法，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)有兩個模塊，一個負(fù)責(zé)抽象概念，一個負(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。”她說。

我很好奇它是否會夢到電子羊。