在日常生活中，你是否曾經歷過突然間“醍醐灌頂”的瞬間——那種在一片困惑中突然恍然大悟、所有難題迎刃而解的體驗？
說到這兒，小編想起一個讓無數家長“頭禿”的經典場景：輔導孩子寫作業！
熟悉的場景如下：你坐在孩子旁邊，耐心地（或者假裝耐心地）一遍又一遍地講解同一道題，孩子卻始終一臉懵懂，眼神空洞，彷彿你講的是外星語。你越講越急，手舞足蹈，甚至開始懷疑自己孩子的智商。最後，在你幾乎要崩潰放棄時，孩子突然眼睛一亮，拍著桌子大喊：“我懂了！原來這麼簡單！”那一刻，彷彿他的腦袋突然“開竅”，之前怎麼也灌不進去的知識點，突然像拼圖一樣完美拼合了。
這種現象，被大家形象地稱為“腦袋開竅”或者“靈光一現”。而如今，科學家們透過研究揭開了這一現象背後的神秘面紗，發現這並不是什麼玄學，而是大腦感覺皮層在學習過程中的一種高效運作機制。換句話說，腦子的“開竅”並不是運氣好，而是大腦在某個瞬間調動了潛在能力，迅速完成了學習任務。這種機制就像給大腦裝了一個“加速鍵”，讓它能在短時間內實現從“完全不懂”到“瞬間掌握”的飛躍。
這到底是怎樣一個神奇的過程呢？讓我們一起來看看！
長期以來，我們普遍認為，學習新知識需要經過漫長的反覆練習和逐步強化神經連線的過程。直到近日，3月19日發表在世界頂級學術期刊《Nature》上的一篇論文“Rapid emergence of latent knowledge in the sensory cortex drives learning”，徹底顛覆了這一傳統認知。研究人員透過精心設計的實驗，發現大腦在初次接觸新任務時，其感覺皮層中竟然能夠迅速形成一種“潛伏知識”，這種知識並非依靠外在刺激的不斷累積，而是透過兩類高階訊號的快速生成而展現出來。
第一步：“小鼠的聽覺任務”
為了解析大腦如何迅速“開竅”，研究團隊設計了一項別出心裁的實驗——“聽聲辨位”任務。實驗中，科學家們訓練小鼠對兩種不同的聲音做出反應：一種聲音預示著獎勵（例如，一滴水），此時小鼠需要迅速作出“go”反應（表現為舔舐動作）；另一種聲音則沒有獎勵，要求小鼠抑制行為，執行“no-go”反應。
實驗過程被分為兩個明顯不同的階段：快速學習階段，小鼠在短短幾十次試驗內便能學會將獎勵訊號與特定聲音建立聯絡；表現成熟階段，雖然任務規則已經被內化，但小鼠在反應的準確性和速度上仍需透過反覆練習不斷完善，表現出“學習快、表現慢”的現象。這一設計巧妙地揭示了一個耐人尋味的事實：大腦在早期就可能已形成對任務規則的內在理解，但這種潛在知識的外顯需要更多時間來鞏固和展示。
第二步：光遺傳學技術
為了確認大腦中究竟哪個區域在快速學習過程中起到決定性作用，研究者們採用了當下最前沿的“光遺傳學沉默”技術。該技術利用特定波長的光訊號，精確地關閉目標腦區的神經元活動，就好比為大腦設定了一個開關。
在實驗中，研究人員在小鼠學習“聽聲辨位”任務的不同時期，選擇性地關閉了其聽覺皮層的活動。
實驗結果令人印象深刻：在初期學習階段，當聽覺皮層被短暫關閉後，小鼠明顯失去了快速將聲音與獎勵聯絡起來的能力，學習程序受阻，顯示出顯著的延遲；當小鼠達到“專家級”（進階）表現後，即使關閉了聽覺皮層，它們仍能較為準確地完成任務，表明在任務規則完全內化之後，其他腦區可能會接手調控行為。
這一發現明確說明：聽覺皮層在學習初期不僅負責處理聲音資訊，更起到了引領和驅動快速學習的核心作用，而隨著技能熟練，整個大腦的分工也隨之發生變化。
第三步：雙光子鈣成像技術揭露“高階訊號”
為了進一步洞察大腦在學習過程中的微觀活動，研究團隊引入了“雙光子鈣成像”技術，這是一種能夠即時記錄神經元動態活動的高精度成像手段。透過這種技術，科學家們觀察到，傳統上預期的對聲音刺激逐步增強的簡單編碼訊號並未顯著出現，取而代之的是兩種更為複雜且關鍵的訊號：
1. 獎勵預測訊號
當小鼠聽到預示獎勵的聲音時，聽覺皮層中部分神經元迅速啟用，形成一種與獎勵預期強度緊密相關的訊號。這一訊號的出現證明，大腦在極短時間內便能夠“預見”到即將到來的獎勵，從而迅速調整內部狀態，為後續的行為決策提供依據。
2. 動作選擇訊號
與獎勵預測訊號不同，另一部分神經元則與小鼠即將採取的行為密切相關。當小鼠準備執行“go”反應（例如舔舐）時，這些神經元的活動顯著增強；而在抑制反應的情形下，它們的訊號則明顯減弱。這種訊號直接映射了大腦對行為決策的調控，是驅動實際動作選擇的重要因子。
透過干預實驗，研究人員進一步證明，這兩種“高階訊號”不僅與小鼠的學習過程高度相關，而且其變化對學習結果具有直接的因果作用。也就是說，透過調控這些神經訊號的產生，實驗者可以直接影響小鼠的學習速度和任務表現，為“潛伏知識”的存在提供了有力的實驗證據。
重新定義大腦學習的內在機制
這一系列實驗結果挑戰了傳統“漸進式學習”的認知，揭示了大腦內部可能早已儲備了一套高效的學習機制。這種機制使得大腦無需從零開始構建全新神經連線，而是能夠迅速啟用潛在的知識儲備，形成“獎勵預測訊號”和“動作選擇訊號”，從而在短時間內掌握任務的核心規則。
這一發現不僅重新整理了我們對大腦感覺皮層單一功能的認識，更為理解學習與行為之間存在的“斷層”提供了全新的解釋：即大腦在早期迅速“讀懂”了任務規則，但要將這種內在理解轉化為熟練、準確的行為輸出，則需要經過一段較長時間的鞏固和調整。
小結
從日常生活中的“豁然開朗”到實驗室內精密的神經成像資料，這項研究為我們揭示了大腦學習的內在奧秘：它並非僅僅依靠不斷重複和鞏固，而是擁有一種內在的“預裝程式”，能在短時間內啟用潛在知識，迅速捕捉和整合關鍵資訊。正是這種高度適應性的機制，使得大腦在面對全新任務時能迅速做出反應，為人類的創造力和學習能力提供了堅實的神經基礎。
所以，下次當你在輔導孩子作業時感到快要崩潰，不妨深吸一口氣，告訴自己：孩子的“靈光”可能正在醞釀……
或許，在不久的將來，我們能夠透過科學方法，有意識地激發和利用這種“潛伏知識”，從而實現學習方式的革命性轉變，讓每個人都能節省一些“琢磨不透”的時間，開創出一條更為高效的智慧之路！
參考文獻：
Drieu, C., Zhu, Z., Wang, Z. et al. Rapid emergence of latent knowledge in the sensory cortex drives learning. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08730-8
撰文｜Shawn
編輯 | lcc
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