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嗅出大腦的預測能力!人腦聞到的是期待,而不是真實

蔡宇哲
・2011/11/01 ・1000字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

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你可能不知道,在你停下來去聞那朵玫瑰花之前,其實你的大腦已經將你感覺系統中相似的花香替你準備好了。最近一項由Northwestern Medicine所提出的新研究,證實大腦會使用預測編碼(predictive coding)來產出特定氣味的「預測模板」(predictive templates),而這樣的預測模板能在味道尚未對你撲鼻而來時,就會先為你設定一個氣味的心理預期了!

預測編碼的重要性是在於,它提供了動物(這理尤指人類)一個行為的優勢-能讓我們應對周圍環境中的刺激時,更加的快速且精確。

這項研究使用功能性核磁共振成像及邊緣切割、以區塊為基礎之分析法,來確定在腦部用以感覺氣味的嗅覺皮質中,預測編碼之存在。然而,在嗅覺系統中的預測模板給予現代人類的行為優勢似乎是不太明顯的,對此,Zelano認為我們通常忽略了嗅覺的重要性。

「假設有人拿了一罐牛奶並詢問你『這罐牛奶壞掉了嗎?』,除非你將自己的鼻子湊進去聞,否則你將沒有任何的視覺線索可以幫助自己去判斷。」Zelano說到,「我們的研究顯示,假設你的腦部能成功的形成一個壞掉牛奶的味道的模板,這樣會讓你在判斷牛奶是否發酸時更加的準確,也因此讓你少掉許多生病的機會。而這就是預測模板提供給我們的重要優勢!」

在這項研究中,受試者須在受到核磁共振成像掃描儀(MRI scanner)監測的同時執行「氣味搜索任務」,而被呈現的兩種氣味分別為:西瓜及類似於培樂多黏土(Play-Doh)的氣味。

在每個嘗試開始前,受試者會被告知兩個目標氣味中哪一個是他們需要去辨識的,且會以視覺方式呈現倒數計時,以提醒受試者即將開始準備接受一個特別且經管控過的氣味。在聞到氣味後,受試者須按下按鈕表示他們所想的目標氣味是否被呈現。在這項實驗中,有些時候目標氣味會被管控成相同於受試者所預測的,但有些時候又會被控制成不同於受試者預測的,甚至在有些時候,目標氣味還會被藏在眾多氣味之中。

研究者藉由觀察在氣味被聞到之前腦部活躍的區塊發現:在與目標氣味相同的嘗試中,活躍的腦區要比與目標氣味不同的嘗試相關性大得多。而本研究的資深作者Gottfried說:「我們發現以整體嗅覺皮質而言,我們可以看見它的確形成了特定於被鎖定的氣味的預測模板。」

預測模板早已在視覺系統中被證實,但這次對於人類嗅覺皮質中活躍區塊的時空演化的研究則是第一次。

編譯:劉怡青

外電連結:Northwestern University (2011, October 7). Sniffing out the brain’s predictive power: Human brain ‘smells’ what it expects rather than what it sniffs. ScienceDaily. link.

原始文獻:Olfactory Predictive Codes and Stimulus Templates in Piriform Cortex. link.

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蔡宇哲
67 篇文章 ・ 4 位粉絲
中正大學心理學博士,台灣應用心理學會理事長、「哇賽!心理學」創辦者兼總編輯。泛科學、幼獅少年、國語日報科學版……等專欄作者,著有《神奇的心理學》、《哇賽!心理學》、《用心理學發現微幸福》。 喜歡分享心理學,希望人人都可以由心理學當中認識真實的自己,也因此能夠更溫柔的對待他人。

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大科學人專訪|許奶爸:站在孩子的角度找到適合的學習方法
LIS_96
・2022/11/18 ・2002字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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在桌遊界走跳的朋友一定都聽過致力於親子桌遊推廣的「許奶爸」。他曾是一位照三餐罵小孩的爸爸,沒想到在他現在的教養觀念中「成績不再是罵小孩的理由」。幾年前,許奶爸因為孩子接觸了桌遊,無意間開啟了自身興趣,為此他也改變照三餐責罵孩子的教養觀念,開啟他將親職教養技巧融合陪伴孩子玩桌遊的動機。

關於許奶爸引導孩子學習動機的方法以及教育觀點,邀請你一起往下閱讀 >>>

找到適合自己的學習方法是關鍵

許奶爸回憶過往的求學歷程,為了拼數學考試拼到凌晨,「像之前數學怎麼考,我上課認真聽,晚上拼到凌晨,數學、物理、化學的成績怎麼樣都好不起來,從來沒有及格過,每一科都是不及格(笑)」。

許奶爸補充自己成績不理想並不是學校老師教得不好,「我覺得是方法,不管以前學習的狀況是怎麼樣,重點是要找到適合你的方法,有好方法學習才會事半功倍。」許奶爸提到過去沒有這麼多的學習資源和教材,以前大人教我們怎麼做就怎麼做,一樣都是參考書、課本、聽講,但這些內容大部分看了只會想睡覺,提不起勁。

不論是學校體制教育還是一般自學家庭,許奶爸相信:當你能找到適合自己的有效方法,便會提起學習動機和內在動機。「方法好了自然會有成績的效益出來,聽進去知道在講什麼,就會內化到自己的身上,也許會透過自己考試的成績展現,提升自己的自信心。」

創造好的學習環境引導孩子找到學習動機,家長是孩子的學習引導者

家長是孩子學習道路上的引導人,找到「適合小孩的方式」是關鍵。圖/Pexels

家庭教育很重要,許奶爸是孩子們學習道路上的啟蒙老師,如果家長認為英文能力很重要,那就從小為孩子創造英文的學習環境,讓孩子從小自然喜歡英文,從小在生活中學習英文。

「我們每一天在車上,每一天眼睛張開醒著就放英文 CD,兒子兩歲我們會念一些英文繪本,一起親子共讀,英文是這樣從小培養的。」

許奶爸提到引導小朋友的方式有兩種,一是要趁孩子還不了解時就讓他去接觸,並且要能站在孩子的角度,用他覺得有趣的方式接觸。第二種方式是給予孩子多方嘗試的機會,在過程中與孩子溝通核對,讓孩子願意嘗試、自己做決定是很重要的!

「看 LIS 的教材也是一樣的概念,我們先找到 LIS 的影片讓孩子看,之後問他覺得怎麼樣,很有趣就繼續看,自由選擇你要看有什麼內容,有問題就找其他方法來補強。」家長很重要,家長是引導人,家長去找到「適合小孩的方式」,而不是大人自以為的方法,這是許奶爸想提醒大家的關鍵。

拿掉考試,科學的重要性和意義是什麼

「我個人不注重成績,才會在小孩六年級之前沒有補習。但我不得不說,學校的考試成績會反映出孩子現在學習的狀態怎麼樣。」許奶爸提到家長應當關注孩子的學習狀態,我們要去注意到的不是成績,成績是反映學習的程度,家長要做的是協助他找到他的問題點,不是去追究他怎麼會考得那麼差,而是挖掘背後的原因。

許奶爸在協助孩子找到問題點後,會再找到另一個方法來解決這個問題,「我個人尊重考試制度,很多家長把考試成績看的很重,但忘記成績對孩子的意義是什麼」。

好奇心是開啟科學領域大門的金鑰

好奇心是開啟科學大門的金鑰。圖/GIPHY

日常中,許奶爸會透過「刻意的動作」培養孩子們的好奇心,「像我們騎摩托車過去,我就問孩子說:你知道我剛剛為什麼做這個動作嗎?你再想想看剛剛我們發生什麼事情,騎車開車都會偶爾問上幾句,從生活中問他一些事情,跟他一起對話。」最後,許奶爸也提到讓孩子「多方嘗試」是很重要的,「有嘗試總比沒有嘗試的好,試試看才能知道好不好,好當然很好,不好當成學習的經驗,累積豐富生命的土壤。」

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」, 許奶爸分享給我們的大科學人宣言:
❛❛ 好奇心,是開啟科學領域大門的金鑰 ❜❜ ——許奶爸

這也體現了 LIS 的願景和使命感,讓孩子能像科學家一樣思考,讓孩子擁有實踐夢想的勇氣和能力。

現在,邀請您一同成為各行各業中的大科學人,您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發,一起支持台灣科學教育,讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」,帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人!

【LIS 大科學計畫 ✦ 第二季】|

❛ 教育不只是老師的事,這是我們的任務,下一個世代的科學史,現在就得開始寫起! ❜
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LIS_96
16 篇文章 ・ 5 位粉絲
LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。

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真的能「感同身受」嗎?我感受到了你的感受——《我是誰》
啟示
・2022/11/11 ・2543字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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感同身受真的存在嗎?

有些人在看到卡爾.梅(Karl May)的小說拍成的電影裡溫尼圖(Winnetou)死去的那一刻掉下淚來;有些人為電影《油炸綠番茄》裡蘿絲(Roth)的死而哭;還有一些人在看到小說《哈利波特》裡鄧不利多(Dumbledore)教授被殺時流淚。

我們在看悲傷的電影或書的時候會哭,是因為我們設身處地去想像故事裡那些英雄們的感覺,彷彿他們的痛苦就是我們自己切身的痛苦一般;我們跟著笑,我們也為影片中的怪物和心理變態情節感到害怕,就好像他們威脅到了我們一樣。

我們在電影或書的時候會跟著劇情有情緒起伏,是因為我們設身處地去想像故事裡那些英雄們的感覺。圖/pixabay

這些是每個人都有過的經驗,但它們是如何產生的呢?為什麼我們能夠了解他人的感覺?為什麼我們會在電影院裡起雞皮疙瘩,雖然在那裡一點也不危險?為什麼他人的感覺會感染到我身上呢?

答案很簡單:我們能夠感同身受,是因為他人(在現實世界或電影裡)的感覺喚起了我們心中相同的感覺;而這很可能不僅存在於人類。

根據德瓦爾在麥迪森研究中心的觀察,母獼猴法恩的姊姊顯然也感覺到法恩的痛苦和恐懼。然而,即使能與他人「感同身受」或「心有戚戚焉」是如此理所當然,對科學界來說,直到近幾年,這仍是個完全無解的謎。令人驚訝的是,第一位提出具有科學說服力的學者,在其所屬的專業領域之外仍然鮮為人知。

腦部研究的佼佼者:賈科莫.里佐拉蒂

賈科莫.里佐拉蒂(Giacomo Rizzolatti)經常被人們和愛因斯坦相提並論:蓬亂的白髮、嘴上同樣蓄著的白鬍子,以及臉上狡黠的微笑。不過他們的相似處不僅止於外表。

賈科莫.里佐拉蒂。圖/Wikipedia

對許多腦部學者來說,這位活潑開朗的義大利人是學界裡的佼佼者;他將腦部研究推向一個新的層次。不過,他的研究領域並不是最熱門的。里佐拉蒂探究控制行為的神經細胞,即所謂的行為神經元,已經超過 20 年了。

這個比較無趣的領域,因為啟動行為的「運動皮質」始終被視為比較遲鈍的腦區。大部分的學者都想:如果我們能夠研究像語言、智力或感覺等複雜的領域,又何必對簡單的肢體動作感興趣呢?

看來似乎是如此。不過,情況在 1992 年有所轉變,而且這個轉變令大家都跌破眼鏡。里佐拉蒂工作的所在地帕瑪(Parma)是歐洲最古老的大學,位於城市邊緣的醫學院卻是個非常前衛的雪白色建築樓群。

1990 年代初期,里佐拉蒂身邊的腦部學者從事一項很不尋常的研究。他們知道,特定的行為具有「傳染」的效果,發笑、打哈欠、甚至談話者的身體姿勢,都能立刻引起對方的模仿。在某些猿猴也出現相同的現象,某些種類甚至以喜歡模仿聞名。

不過研究人員偏偏決定以一種一般來說不會模仿同伴的豬尾獼猴作為研究對象。里佐拉蒂和幾位較年輕的同事伽列賽(Gallese)、佛格西(Fogassi)和迪派勒吉諾(di Pellegrino),將電極接到一隻豬尾獼猴的腦部,然後把一粒核桃放在地上,並觀察當猴子快速伸手抓取核桃時某個行為神經元如何反應。

研究者將電極接到一隻豬尾獼猴的腦部,然後把一粒核桃放在地上,並觀察當猴子快速伸手抓取核桃時某個行為神經元如何反應。圖/Wikipedia

鏡像神經元的發現

至此一切都算正常,不過,這時驚人的情況發生了:研究人員把同一隻猴子放到一片玻璃後方,這次牠抓不到核桃了,只能眼睜睜看著里佐拉蒂的助手伸手抓取核桃。這時猴子的腦部發生了什麼現象呢? 當牠注視別人拿牠的核桃時,相同的神經元產生反應,就像牠之前自己伸手去抓核桃一樣,雖然牠的手並沒有移動,牠的精神卻想像了這個動作。

科學家們無法相信自己所看到的:無論猴子是親手完成某個動作,亦或只是精神想像了訓練師所做的動作,其神經細胞都做了完全一樣的工作。

在此之前,從未有人觀察腦部如何模擬現實裡沒有發生的動作,而李奧那多.佛格西(Leonardo Fogassi)則是第一人。不過成功應該是屬於整個團隊的。里佐拉蒂發明一個新的概念,他把這個在被動想像時卻如真實行為般於腦部引發相同反應的神經細胞稱為「鏡像神經元」,一個新的神奇術語就此誕生了。

「親身經歷」和「感同身受」的差別

首先是義大利,接著是全世界大學和研究中心的腦部學者,都立刻投入鏡像神經元的研究行列。如果人的腦部對於我們的「親身經歷」和只是「認真觀察並感同身受」的反應沒有差別的話,那麼這不正是了解我們社會行為的關鍵嗎?

至少鏡像神經元是其中一個重要部分。它位於額葉的前額葉皮質,一個稱為「腦島」的區域。然而這個腦島卻不同於「社會中心」,也就是到目前為止所說的「腹側區」。

大腦額葉和頂葉的位置,從左側看。額下葉是藍色區域的下部,頂葉上葉是黃色區域的上部。圖/Wikipedia

其中的差別也很清楚,因為鏡像神經元雖然和無意識的「移情作用」有關,卻和更大範圍的計畫、決定或意願無關。到目前為止,我們還不很清楚這些腦區如何交互作用。

里佐拉蒂於 6 年前以圖像程序說明,人類的鏡像神經元顯然也位於負責語言的兩個腦區之一(布羅卡區)附近,這使得學界特別振奮。

荷蘭格羅寧根(Groningen)大學的腦部學者不久前在「聽到聲響」和「鏡像神經元發出信號」之間發現了有趣的關聯。當人聽到開飲料罐氣泡冒出的聲音時,腦中的反應就跟他自己開飲料罐完全一樣;也就是說,單憑聲音就足以讓人經歷到整個情況。

——本文摘自《我是誰:對自我意識與「生而為人」的哲學思考》,2022 年 10 月,啟示出版,未經同意請勿轉載。

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覺得自己忘東忘西,怕是大腦老化?其實只是記憶超載,導致資訊編寫失敗——《顛峰心智》
大塊文化_96
・2022/10/31 ・2810字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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我婆婆最近打電話給我,說她有點害怕自己的記憶出了毛病。隨著年紀增長,她愈來愈常因為難以專注而感到沮喪。她認為這可能代表她哪裡出了問題,所以很緊張。我問她最近發生了什麼事。

她開始描述前一天去購物的經過。她開車去超市途中才發現自己忘了拿購物清單,於是在腦中回想要買的東西。到了超市她停好車,下車,記住車位,然後進超市購物,買完後再把購物車推到車子邊。但是她把東西搬進行李廂時,她發現車身有一道刮痕,不由得生起自己的氣。什麼時候刮到的?她竟然沒發現!

她想著那道刮痕,先去還手推車,然後坐上車,這才發現這輛車是手排車,而她的車是自排車。

她上錯車了。

應該很多人都有遇過,在賣場裡忘記自己車子停哪的情況。 圖/envato.elements

後來,她在同一排車位過去兩格找到了自己的車(一模一樣的車款和顏色,只是沒有刮痕),困窘地把東西移上車。她說完之後,我們都笑了——她竟然從頭到尾弄錯了車子!

我跟她說,我不認為她的記憶出了問題,或者這跟大腦老化有關。

大腦確實跟其他器官一樣會老化,部分大腦會變薄,密度變低,包括海馬迴和形成清楚記憶所需的其他內側顳葉結構。老化確實會讓記憶出問題。但是在這個事件裡,她的白板只是超載罷了。停車時,她一面在複習忘了帶的購物清單,以為自己記住了車子的位置,其實她的白板塞了太多東西,已經沒有多餘的空間。

很多我們以為跟記憶和老化有關的問題,其實是別的原因造成的。問題不在於你「記憶變差」,而是「你不夠專注,導致記憶編寫失敗」。

這個故事告訴我們一件事:記住車子停哪裡不是你想長期記住的事。

忘東忘西不一定是因為大腦老化,也可能是大腦判定那則訊息不需要被記住。 圖/envato.elements

事實上,這正好是你希望自己能夠忘記的一個例子。想像你可以記住每次停車的位置,於是每次從雜貨店出來,都得過濾一遍所有的停車位。記憶力跟專注力一樣,必須具有過濾功能,挑選哪些相關、哪些不相關,哪些該凸顯、哪些該捨棄。

我舉這個例子,只是要說明工作記憶塞得太滿,可能有礙資訊以有效的方式存入長期記憶。

再者,要是工作記憶超載,你需要用到長期記憶裡的內容時,就不一定能提取成功。美國近代史上最致命的一次「誤擊」,就是這個原因。

壓力過大也可能導致大腦提取失敗,想不起來

二○○二年,阿富汗戰爭戰火正熾,一名美國軍人利用全球衛星定位系統(GPS),將重達兩千磅的炸彈導向預定目標:反叛軍的前哨基地。這個系統的運作方式是,先在營地將空襲目標的座標輸入 GPS 手持系統,之後炸彈就會落在確切的位置上。然而,發動空襲之前,他發現 GPS 快沒電了,於是他先換了電池才送出發射座標——結果飛彈落在他自己部隊的位置。

這是怎麼回事?

GPS 系統一旦更換電池,系統重新啟動的預設畫面會顯示自身位置的座標。負責操作該系統的士兵本來就知道這點,也受過多次訓練。換過電池後,你必須重新輸入發射座標。這項資訊儲存在他的長期記憶裡,他複習過很多次。但不知什麼原因,這個資訊沒有在他需要時「載入」他的白板。

他看著錯誤的座標並將它送出,當天很多人因此喪命。問題就出在,這名士兵的長期記憶和工作記憶之間連結失敗。我只能大致猜測,但原因可能簡單到令人心痛:工作記憶若是因為壓力導致的大腦神遊而超載,那麼資訊可能無法在你最需要的時候浮現腦海。

在壓力下,可能導致大腦神遊而超載,資訊可能無法在你最需要的時候浮現。 圖/envato.elements

這個例子很極端,但任何人在編寫和提取記憶的過程中,都可能有類似的失敗經驗。編寫和提取記憶的過程包含許多步驟,每一個都需要用到專注力以及工作記憶。

如何創造記憶

記住一件事有三個關鍵步驟。

第一是複誦(rehearsal),描繪你要記住的內容,例如新同事自我介紹時報上的名字、職業訓練時得知的重要資訊、美好經驗的種種細節。在學校裡,用字卡背單字就是一種複誦。回味開心時刻的點點滴滴(兒女婚禮上的敬酒、蛋糕的味道),也是複誦。即使是不自覺回想起痛苦或尷尬的時刻,(很不幸地)也會變成一種複誦。

描繪你要記住內容,就如同複誦,可以幫助記憶。 圖/GIPHY

第二是精緻化(elaboration)。類似於複誦,這需要將新經驗或新知識跟既有的記憶或知識連起來。若你原本就擁有一定的知識基礎,能夠儲存的記憶會更深刻。

舉例來說,想像一隻章魚。現在我告訴你:章魚有三個心臟。如果你不是本來就知道,你讀到這裡會把這項新知跟腦中既有的章魚形象綁在一起。下次你在水族館或電視節目上看到章魚,你或許會突然想起這件事,對旁人說:「你知道章魚有三個心臟嗎?」

最後是固化(consolidation)。執行了以上兩種功能,記憶就會固化,直到最後被儲存起來。大腦重播資訊時,就是在鋪設新的神經路徑並複習路徑,鞏固新的連結。

基本上,資訊是這樣從工作記憶變成了長期記憶:大腦的結構產生改變,鞏固特定的神經表現(neural representation),而這需要非強制的自發性想法才能辦到。所以我們認為讓大腦休息和睡眠都很重要,因為那都是記憶固化的機會。

適當休息與睡眠,也可以幫助固化記憶。 圖/GIPHY

這也是我們的大腦會神遊的部分原因。大腦之所以四處遊蕩,跟大腦重播經驗時引起的神經活動有關。重播愈多次,雜訊就會消失,留下清晰的訊號,形成大腦的記憶痕跡。

假如你的專注力時常被占據,大腦完全沒有空閒讓自發性想法浮現,你可能正在破壞工作記憶和長期記憶之間的連結。重要的固化過程也無法正常運作。

——本文摘自《顛峰心智:每天練習 12 分鐘,毫不費力,攀上專注力高峰》,2022 年 10 月,大塊文化出版,未經同意請勿轉載。

大塊文化_96
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由郝明義先生創辦於1996年,旗下擁有大辣出版、網路與書、image3 等品牌。出版領域除了涵括文學(fiction)與非文學(non-fiction)多重領域,尤其在圖像語言的領域長期耕耘不同類別出版品,不但出版幾米、蔡志忠、鄭問、李瑾倫、小莊、張妙如、徐玫怡等作品豐富的作品,得到讀者熱切的回應,更把這些作家的出版品推廣到國際市場,以及銷售影視版權、周邊產品的能力與經驗。