科学 · 文章
学习如何进行：神经科学对记忆和大脑的阐述
发布:
要点
学习发生在反复的神经活动加强神经元之间的连接时，这个过程称为长期增强。随后的睡眠有助于将这些新连接锁定，而关于学习方法的研究表明，间隔性的、主动回忆比重新阅读或临时抱佛脚能产生更持久的记忆。
此版本是原文（English）的机器翻译。 阅读原文
随着学生、教师和专业人士寻求基于证据的信息保留方法，对学习神经科学的兴趣不断增长。数十年来关于突触、睡眠和记忆测试的实验室研究现在提供了一个相当清晰的图景，说明当学习某些东西时大脑中会发生什么，以及哪些学习习惯确实能让知识根深蒂固。
突触：记忆开始的地方
在细胞水平上，学习被认为取决于长期增强（LTP），这是两个神经元之间的连接或突触强度的持久增加。Wickliffe Abraham、Owen Jones和David Glanzman在《npj Science of Learning》2019年的综述中描述了基本规则为"一起放电，一起接线"的神经元：当接收神经元在神经递质谷氨酸到达的同一时刻被激活时，称为NMDA的受体打开，让钙流入细胞，触发一个加强突触的级联。
同一综述区分了一个早期的增强阶段，持续数小时且不需要新蛋白质，与一个晚期阶段不同，晚期阶段取决于蛋白质合成和基因活动，可以持续数天或数周——在作者引用的一些哺乳动物实验中，至少持续一年。一个相关但相反的过程，长期抑制，通过类似的钙信号传导削弱突触，因此哪种结果发生取决于进入细胞的钙的精确模式和量。
由Adam Cohen领导的哈佛研究人员在《Nature Neuroscience》2025年5月6日发表的一项研究中补充了这一图景，该研究由《哈佛公报》报道。使用一种称为EPSILON的新成像方法，研究团队跟踪了AMPA受体蛋白——它们控制突触反应的强度——并发现它们的运动与记忆形成过程中神经元激活的标志物密切相关。Cohen将该技术描述为给研究人员"一个观察记忆突触结构的透镜，这是以前无法达到的细节水平。"
睡眠巩固你白天学到的东西
清醒时做出的突触变化只是第一步。Jaekyung Kim和Minjeong Park都来自韩国的KAIST，他们在《BMB Reports》2025年7月的综述中描述了非快速眼动睡眠（NREM）如何重新组织新记忆，以便海马体可以将它们传递给皮层进行长期存储，这个过程称为系统巩固。三种大脑节律协调这一过程：皮层中的慢振荡（0.1–4 Hz）、丘脑中产生的睡眠纺锤波（10–15 Hz）和海马体锐波涟漪（150–250 Hz），它们压缩并重放一天的神经活动模式。
根据同一综述，快速眼动睡眠随后将大脑转换为不同的模式，由theta节律（5–8 Hz）主导，这有助于将新记忆集成到更广泛的知识中并对它们进行情感标记。Kim和Park通过突触稳态假说描述了这种分工：NREM睡眠加强与新学习最相关的连接，同时全局缩小较弱的连接，而REM睡眠随后修剪冗余突触，作者说这可以防止网络随时间推移饱和。
什么实际上改善了保留率：间隔和检索练习
在实验室之外，认知科学研究的另一条线路探讨了哪些学习习惯最好地利用这些生物机制。Butowska-Buczyńska及其同事的一项研究发表在《美国国家科学院院报》2024年10月，测试了主动回忆信息（检索练习）是否比简单地重新阅读更好，以及改变每次回忆尝试的背景是否增加进一步的好处。在一系列实验中，包括一个在最终测试前有24小时延迟的实验，检索练习始终比重新学习相同的材料产生更好的记忆表现。
| 方法 | 涉及的内容 | 报告的效果大小 |
|---|---|---|
| 重新阅读/重新学习 | 被动地再次复习材料 | 低于基于检索的方法的表现 |
| 具有恒定提示的检索练习 | 每次使用相同的提示回忆相同的项目 | 间隔好处 d = 0.52 |
| 具有可变提示的检索练习 | 每次使用不同的提示/背景回忆相同的项目 | 间隔好处 d = 0.87；可变检索好处在两个实验中 d = 0.81 和 d = 0.67 |
研究人员描述了一个'超加法'效应，当间隔学习会话与改变检索提示相结合时，意味着两种技术结合在一起产生的好处比单独使用任何一种都更大。他们也报告了学习者自己判断中的不匹配：参与者倾向于评估恒定的、重复的提示更有效，尽管数据显示可变提示产生了更好的实际回忆——作者认为这个差距是阻碍学生和教师采用该方法的障碍。
- 学习通过长期增强加强突触，由进入神经元通过NMDA受体的钙驱动（Abraham, Jones & Glanzman, 2019）。
- 睡眠不是被动的：NREM节律巩固新记忆，而REM睡眠整合并修剪它们（Kim & Park, 2025）。
- 主动回忆信息优于重新阅读它，当检索提示变化和间隔时，好处增长（Butowska-Buczyńska等人，2024）。
常见问题
- 当你学到新东西时，大脑中会发生什么？
- 根据《npj Science of Learning》2019年的综述，被激活的神经元通过称为长期增强的过程加强连接它们的突触，这是由钙通过NMDA受体流入接收神经元触发的。
- 睡眠为什么对记忆很重要？
- 《BMB Reports》2025年的综述解释说，NREM睡眠节律有助于将新记忆从海马体转移到皮层进行长期存储，而REM睡眠将记忆整合到现有知识中并修剪冗余连接。
- 临时抱佛脚与间隔、分散的学习效果一样好吗？
- 不是。2024年PNAS的一项研究发现，随时间分散的检索练习，尤其是带有不同回忆提示的练习，比重新阅读或集中学习产生了显著更好的长期保留，尽管许多学习者错误地认为重复的、非间隔的方法更有效。
来源
- npj Science of Learning — Abraham, Jones & Glanzman, 'Is plasticity of synapses the mechanism of long-term memory storage?' (2019)
- BMB Reports — Kim & Park, 'Systems memory consolidation during sleep: oscillations, neuromodulators, and synaptic remodeling' (2025)
- Journal of Adolescent Health — Spear, 'Adolescent Neurodevelopment' (2013)
- PMC — Butowska-Buczyńska et al., 'The role of variable retrieval in effective learning' (PNAS, 2024)
- Harvard Gazette — 'Tracking precisely how learning, memories are formed' (May 2025)
本文由人工智能撰写，发布前已通过自动来源核查。如发现错误，请申请更正。 申请更正或回应 · 我们如何制作
相关文章
科学新闻
G3太阳风暴后北极光抵达英格兰南部
一场强大的（G3级）地磁风暴于2026年10月10日至11日将极光推向英国南方远超常规范围，从苏格兰南至英格兰南部的Devon、Hampshire和Kent都有目击报告。根据美国太空天气预报中心（SWPC）的数据，这场景象源于10月8日离开太阳、两天后抵达地球的日冕物质抛射。
科学文章
生物发光解释：发光生物的化学原理
生物发光是由活生物体内一个称为荧光素的发光分子、一种酶（通常是萤光酶）和氧气之间的化学反应产生的光。生物使用这种自制的光来寻找食物、吸引配偶、躲避捕食者和交流，它在海洋中远比陆地上更为普遍。
科学文章
五种感染与全球八分之一的癌症相关，新全球研究发现
据国际癌症研究机构（IARC）在《柳叶刀肿瘤学》上发表的一项研究，2024年估计有230万例新增癌症病例——约占全球诊断癌症总数的12%——由感染引起。五种病原体造成了大部分负担：幽门螺杆菌、人乳头瘤病毒、乙肝病毒、Epstein-Barr病毒和丙型肝炎病毒。这些癌症中的大多数都可以通过接种疫苗、筛查或治疗潜在感染来预防。
科学新闻
2026年诺贝尔物理学奖授予Francis Halzen，表彰其宇宙中微子发现
瑞典皇家科学院于10月6日将2026年诺贝尔物理学奖颁予Francis Halzen，表彰其在建造IceCube中微子天文台和发现高能天体物理学中微子方面的决定性贡献。University of Wisconsin–Madison物理学家Halzen提出了利用南极冰层探测这些宇宙粒子的想法。