作者：莉迪娅·登沃斯
这个世界充满了各种需要学习的事物。那么从哪里开始呢？如何选择需要关注的内容？究竟是什么在驱使我们寻求新知？人们对学习的渴望一部分源于对新奇事物的偏好：我们倾向于寻求新鲜的信息和体验，从而丰富自身的知识储备。与此同时，我们也想减少生活中的不确定性，通过获取更多信息来获得食物、安全、人际关系以及其他物质奖励。如今科学家相信，这些驱动力会结合形成一种更为复杂的激励，其对人类的学习过程至关重要，让我们在没有即时回报的情况下也甘愿如此。我们只是好奇，仅此而已。
好奇心原理引发广泛科研
好奇心有其特定规律：通常来说，我们对于已经略知一二的事物，会想要了解更多。美国加利福尼亚大学伯克利分校神经科学家切莱斯特·基德表示：“不妨把好奇心看作指导我们获取知识的过程。”我们会在内心追踪自己学习的效果或进度。当好奇心高涨，学习过程也会更加轻松和愉快。在探索世界时，遵循我们的本能似乎可以事半功倍。“如果学习某些东西后，你能体验到积极的感受，那么你就会理解学习的乐趣所在，这会激励下一次学习。”德国蒂宾根大学的教育心理学家村山航表示。
包括基德和村山在内的很多研究者都对好奇心这个议题充满兴趣，他们的研究领域涉及神经科学、教育学、心理学和计算科学等。他们研究的重点并不是将好奇心视为一种个人特质，而是更多地关注好奇心的波动状态。我们每个人都拥有好奇心，但究竟是什么激发并维持着好奇心？当我们处于“睁大眼睛、充满求知欲”这种所谓的好奇状态时，大脑中发生了什么？科学家正试图构建出整个过程，探究大脑如何关注新奇事物，应对不确定性，触发奖励神经回路以及巩固记忆。在这个过程中，他们开始明白为何好奇心会有如此重大的影响。
有时，好奇心这种本能可能会带来一些危险——正如西方谚语所言，“好奇心害死猫”。但总体来说，好奇心会激发人们以有益生存的方式进行探索。英国剑桥大学比较心理学家维克托·阿朱翁表示，即使产生好奇心的目的并不明确，收集信息也会让我们对外部世界建立更为准确的心理模型。阿朱翁主要研究小鼠、金鱼和墨鱼的好奇心机制，并直言：“这个过程会让人们在未来获益匪浅。”
法国波尔多国家信息与自动化研究所的皮埃尔-伊夫·奥德耶表示，将无处不在的好奇心与更长远的个人发展以及演化相关联，是一种全新的思路。为自己设定恰当的目标似乎可以增强学习动机，让学习在挑战与挫败之间的“甜蜜点”盛放。俄罗斯教育心理学家列夫·维戈茨基将其称为“最近发展区”（即处于学习者的学习能力以内，但他们暂时未能理解的知识）。不过人们直到最近才开始关注，大脑认知层面究竟发生了什么，使得好奇心带来的惊喜如此丰饶甜蜜。
所有人都知道好奇心为何物。我们通常将其视为一种积极的心理特质，认为它与内在动机、创造力和开放的心态息息相关。早期一些有影响力的思想家就敏锐地捕捉到了好奇心的一些重要切面。1966年，心理学家丹尼尔·伯莱恩提出，好奇心与人的感知有关，比如当我们注意到马群中出现一匹斑马时，就会因为视觉上的不协调而产生好奇心。他认为好奇心可以是特定和具体的，也可以是广泛且多样的。1994年，美国行为经济学家乔治·勒文施泰因提出，好奇心是由于大脑想要填补信息空缺而出现的。
基德表示，想要理解好奇心如何发挥作用，也意味着需要理解“人们如何形成对于世界的信念，以及如何改变自己的想法”。更深入地研究好奇心的神经基础及其扮演的角色，或许能让教师知道如何设计教学，进而更有效地提高学生的注意力；这也有助于计算机科学家为人工智能（AI）系统编程，使其更高效地学习；此外，它还将有助于减轻一些精神疾病给人类带来的痛苦。当然，了解如何激发人们对不同人群和多种文化的好奇心，也有可能让整个世界变得更友善。直至今日，好奇心这一领域都还未受到科学界的广泛关注，这是因为好奇心很难被清晰定义。所有求知欲都是由好奇心驱动的吗？在今年早期发表的一篇综述性论文中，美国弗吉尼亚大学的杰米·伊罗特和同事们提出，真正的好奇心“必须源于内心对信息的渴望”。举例来说，一个孩子在看到彩虹后询问“彩虹是怎么形成的”，很有可能是由于好奇心；但如果他们提出这个问题是为了第二天的科学考试，那就不一定了。想要知道医学检测结果也并不是因为好奇心，这种渴望更像是一种恐惧。很多研究者都会将信息搜寻当作一个整体来研究，而不会将其中的好奇心单独剥离出来。
Torso仿生机器人
收集信息的奖励
好奇心有时会让人感到不安甚至痛苦，不过更多时候，好奇心会让人十分愉悦。比如，人们都不喜欢被剧透，因为这会影响享受剧情缓缓展开的乐趣。如今，我们每个人的口袋里都随身携带着“数字资料库”，一旦出现令人头疼的问题，我们很难抵抗住不去立刻查找答案的冲动。一些研究者通过评估人们搜索答案的冲动，来衡量“话到嘴边，呼之欲出”感觉的强度——这种感觉会增强好奇心。他们还形象地将这种感觉称为“轻微的煎熬感”。
或许对答案的期待正是让人感到愉悦的原因。好奇心水平越高，参与释放多巴胺的脑区（如纹状体）的活动水平也会越高，而多巴胺正好是与奖励感受最相关的神经递质。美国哥伦比亚大学朱克曼研究所认知神经科学家杰奎琳·戈特利布表示：“好奇心与多巴胺之间的关联似乎印证了这是一种内在奖励，以及一种激励因素。”
为了验证“信息本身就是一种奖励”这一假设，神经科学家需要展示大脑如何区分物质奖励和信息。这类研究最开始是在猴子身上进行的。美国明尼苏达大学神经科学家本杰明·海登的研究团队设计了一项实验。在实验中，他们会给猴子喂水作为奖励，并让猴子有机会提前得知是否会有奖励。他们发现猴子们在多达80%～90%的情况下会选择提前了解信息，甚至愿意为了获取信息而放弃更大的奖励。海登表示，猴子们实际上是在表达：“我实在太好奇了，我现在就想知道这个信息。”
根据美国哥伦比亚大学朱克曼研究所博士后研究员、心理学家珍妮弗·巴塞尔的一项研究，小鼠似乎也有同样的倾向。在猴子和小鼠的大脑中，眶额皮层的神经元会参与决策的早期阶段，它们会分别对喝水奖励和能预测奖励的线索（即信息）作出不同反应。眶额皮层神经元会将水量等细节信息编码为自变量，用于稍后的比较分析，这有点像是将细节作为原材料纳入后续的选择过程中。
“关于学习新知识和收集信息，可能存在一种演化层面的驱动力。因为对于自然界的动物来说，信息在99%的情况下都是有用的。”巴塞尔说，“从演化上讲，动物需要激励才愿意在捕食者可能出现的情况下走出洞穴。”如果大脑建立了一种将收集信息和减少不确定性视为奖励的系统，那问题就迎刃而解了。
好奇心的感知机制
根据美国华盛顿大学圣路易斯分校神经科学家伊利亚·蒙诺索夫及其团队在2024年发表的一项研究，人类中脑的一处精微而古老的神经结构——外侧缰能反映好奇心在演化上的重要意义。这一脑区负责处理眶额皮层神经元编码的初级信息，能将各有价值的信息与物质奖励进行整合，评估潜在动机的相对重要性。蒙诺索夫表示：“在日常生活中，我们其实很少仅基于物质奖励（例如金钱）或次级奖励（例如搜寻的信息）来做决定。”相反，我们的大脑会进行复杂的比较分析，权衡自身的具体需求和好奇心。比如，我现在是应该上床睡觉以确保睡眠充足，还是看完这本侦探小说？
大脑的其他部分也在处理不确定性。在2024年的一项研究中，戈特利布及其研究团队通过让参与者观察一组包含动物和无生命物体的图像（例如海象和帽子），来探索好奇心的感知机制。通过神经元信号，大脑能将有生命的物体与无生命的物体明确区分开，戈特利布将其称为“条形码机制”，他和同事希望可以有效利用人脑中的这种识别机制。实验提供的图像清晰度各有不同，从易于识别逐渐变为完全无法理解。当人们确信自己所看到的东西时，大脑视觉区域的条形码就会闪烁出清晰的信号：这意味着参与者已经判断出了看到的对象是有生命的还是无生命的。然而，当人们不确定看到的物体时，信号则会介于有生命和无生命的状态之间。当这些视觉区域的信号到达前额皮层（负责决策的脑区）时，便会触发自信或好奇心。“大脑视觉区域感受到的不确定性越高，参与者表达出的好奇心就越强。”戈特利布解释道。
好奇心也会激活记忆回路，帮助大脑更好地保留新信息。一项发表于2014年的研究进行了这样的实验：研究者会询问参与者一些日常琐碎的问题，并让他们评估对答案的好奇程度。例如“披头士乐队的哪首单曲霸榜时间最长”或者“地球上唯一已知的方形树干生长在哪里”。接着参与者需要在功能性磁共振成像设备中等待14秒钟，才能获得答案。在等待期间，参与者会看一些中性、没有情绪倾向的人脸图像。这项研究发现，人们更容易记住那些激发他们好奇心的问题的答案。奇怪的是，他们也更容易回忆起和这些问题配对出现的人脸图像。大脑成像显示，在这一期间，参与者的大脑海马活动增强，而海马对构建记忆至关重要。该研究的第一作者、英国卡迪夫大学首席研究员马赛厄斯·格鲁伯将好奇心比作一个“漩涡”：它不仅会让大脑记住想知道的内容，还会吸入这一内容周围的附加信息。
凡是被孩子们询问过一连串“为什么”的成年人都知道，孩子们拥有强大的好奇心。根据基德的研究，好奇心神经回路中的基本元素，在生命早期似乎就已经存在了。基德说，对婴儿好奇心的研究表明，这些神经回路早已准备好在一生中引导他们获取知识。婴儿会最大限度地从环境中学习，似乎能意识到意料之外的事件都可能是机会。他们对信息量大的刺激有强烈偏好——人脸会比玩具卡车更有吸引力，而语言会比非人类的声音更具魅力。婴儿对任何新鲜事物都充满好奇，即使是还不会说话的婴儿都能意识到自己的知识不足。基德发现，当儿童感到不确定时，他们会继续尝试学习更多知识，并把学到的知识都储存起来。然而一旦他们觉得自己理解了这些东西，就会对其失去兴趣。
在2012年一项颇具影响力的研究中，基德和同事向7～8个月大的婴儿展示了物品从盒子中弹出来的动画场景。她使用眼动追踪仪测量了婴儿的注意力被这些场景吸引的时间，发现他们更喜欢那些复杂程度中等的情景，那些不太容易预测但略带惊喜的情景效果最佳。研究者将这一现象称为“金发姑娘效应”，即人们倾向于选择“刚刚好”或适中的挑战。
好奇心主题插图
最高效的学习方式
那些复杂程度中等的信息通常具有恰到好处的趣味性，作为学习的原材料再合适不过。而这也是一个让我们得以采用更容易理解的方式补充欠缺的知识的机会。为了验证“学习过程是好奇心拼图中的一部分”，奥德耶采取了一种非同寻常的方式——将好奇心引入计算机领域。
当然，计算机肯定不具有好奇心，它们只是由电线、电机和传感器组成的电子系统。2016年，计算机AlphaGo在围棋比赛中战胜了曾获18次世界围棋冠军的李世石，一时间成为国际新闻头条。这台计算机依赖的正是输入的大量数据和最领先的检索功能。随着AI技术飞速发展，许多人开始思考是否有更好的方法来让计算机学习复杂的事物。一种可能的方式便是赋予计算机好奇心，或者说通过编程来模拟由好奇心驱动的思维模式——这正是奥德耶及其团队所做的研究。
他们开发的Torso仿生机器人，其包括头部、手臂和躯干在内的整个上半身皆为蓝色，被固定在一个木制底座上，底座上装有两个操纵杆。它经过编程后可以通过与各种物体玩耍，来学习物体之间的相互作用，也可以像儿童一样探索周围的环境。而在其一旁的咖啡桌上有一个圆形的竞技场，边界四周围绕着灯光，里面放着一个网球和一个名为Ergo的台灯状小机器人。
不同于人类和其他动物，机器人被编程后可以模拟一个理想主体的各种行为，能用于测试各种关于人类如何进行探索的流行理论和假设。我们是否会追踪预测误差——即我们猜测的结果在多大程度上正确或是错误？是的，人会如此，但是一个按照编程指令做事的机器人，可能因为多种原因而被无关紧要的动作分散注意力。想象一下，一个机器人可能会在窗前反复挥舞手臂，想要了解自己每一次摆臂与窗外经过的汽车颜色之间的关系。我们会关注新奇或不确定性吗？人会如此，但对于机器人来说，如果缺少其他的一些动机，就可能会出现随机且无序的行为。
当研究者以“满足好奇心”为目标对Torso进行编程后，它的学习速度和效率得到了极大提升。Torso会做出各种动作，感知周遭环境的变化，并且会按照指示主动寻找两者之间的关联。Torso的任务是主动寻找学习的机会，并顺其自然地作出反应。“基本上，我们只是告诉它唯一目标是试着找到那些你能取得进步的目标。”奥德耶表示。实际上，随着Torso的知识储备不断增长，它就像在说，“嗯，这挺有意思的，让我们来尝试一下”。这种行为本质上是借助算法来表现强化学习或练习。“一个孩子需要通过不断练习才能学习。”奥德耶说，“是什么让他勤学苦练呢？就是动机系统。好奇心是生物体内动机系统的基本维度之一，推动着生物不断探索和学习新事物”。
经过这样编程后，Torso首先会频繁地移动左手。然后，它发现了左侧操纵杆的存在，并开始朝前后左右移动它。最终，它发现了移动操纵杆与Ergo小机器人运动之间存在关联，而Ergo运动又会引发网球的运动。此外，网球的移动会使体育场的灯光从蓝色变为黄色，再变为粉红色。经过大约15至20个小时的探索后，Torso理解了如何让Ergo朝各个方向移动，如何移动网球，以及如何点亮体育场的灯光。令研究者惊讶的是，Torso甚至发现了Ergo类似“灯罩”的手臂末端可以盖住网球，从而有效地将球藏起来，随后它也真的这么做了。
这些实验证实了好奇心与学习之间存在一个正反馈循环。“不妨专注于那些既不是很简单但也不太困难的学习活动，这些活动能够让你的学习速度得到最大提升，并且会逐步引导你进入一个越来越复杂但可以持续的学习活动中。”奥德耶说。Torso的学习进程和儿童学习使用工具或语言的成长轨迹十分相似。随着大脑不断发育，个体对好奇心的处理方式也变得愈发复杂。2024年，一项针对100多名4岁儿童的调查研究发现，他们在玩触摸屏游戏时，会同时依靠学习进度和游戏中的新奇元素，来积极探索游戏。而格鲁伯的研究表明，与年幼的儿童相比，青少年能够更好地处理认知冲突（即不确定性），以及利用前额叶皮层的高级脑区来评估接收到的信息。
“相比之下，我们更愿意观看对一些角色和情节已经有所了解的剧集，而不是全新的内容。”基德说。即便在那些可以因好奇心而获得报酬的研究中，参与者对于超出这个令人满意的心理状态的事物，也不会产生太多好奇心。然而，当他们好奇心被激发，深入沉浸在任务中时，学习进程会自然而然地引导他们前进。
2021年，在一项发表于《自然·通讯》的研究中，奥德耶、戈特利布以及同事们制作了一套在线游戏，共有4款。每款游戏中都有数个怪兽家族，它们的身材、颜色和眼睛数量各不相同。玩家在游戏中的任务是发现隐藏规则，揭示每个怪物家族喜欢吃八种食物中的哪一种。最简单的游戏只有单维规则：高个子怪兽家族的成员喜欢比萨，矮个子家族则偏爱西兰花。另外两款游戏的规则更复杂，也更难掌握。例如，一款游戏有双重规则，那些有三只眼的高个子怪兽喜欢比萨，而只有两只眼的矮个子怪兽则喜欢西兰花。最后一款游戏则没有任何既定规则，它完全随机且无法学习。
研究显示，近400名游戏玩家在熟悉游戏规则后，会监测自己的正确率和随时间推移的进步情况。戈特利布表示：“显而易见，真正有价值的是学习。”换句话说，相比于高确定性（即游戏结果），从低确定性到高确定性的转变才更有价值，可以带来新的学习和进步。而好奇心恰好能帮助我们实现这一转变。
好奇心研究意义重大
好奇心也会随着时间推移而发生变化。虽然传统观点认为，随着年龄增长，人们的好奇心会逐渐减弱。但研究显示，一个更准确的说法是，好奇心会随着人们逐渐了解世界而发生变化。当你走进巴黎卢浮宫时，是选择快速浏览所有展厅以确定不会错过最受欢迎的展品，还是更想在一个展区沉浸欣赏一个小时？村山表示，我们的选择很可能会受到年龄的影响。在一项针对近500名伦敦科学博物馆参观者（年龄在12岁到79岁之间）的研究中，他发现年轻人的选择范围更广，而老年人的选择范围较小但会更深入。村山表示，老年人在公民科学展览中观看的主题数量更少，但了解到的信息会更多。“老年人拥有更多的知识，而知识确实是好奇心的驱动力之一。”
随着科学家更深入地了解好奇心背后的机制，他们也能更好地理解一些精神健康障碍。因为在这些疾病患者的大脑中，和好奇心相关的神经回路可能受到了干扰。例如，抑郁症患者的好奇心就受到了抑制，而对于强迫症患者来说，减少不确定性的欲望胜过一切。这项研究对课堂教学也有重要意义。众所周知，好奇心对学生的学习兴趣和效果有着十分积极的影响。社会各界正在从多个方向发力，用各项新的研究成果来增强学生的学习兴趣和学习效果。2024年，法国政府开始在小学生中实施一种新的教育技术：根据每个小孩想学习的内容，利用AI程序生成个性化问题。其中采用的技术主要基于奥德耶的研究。与此前由教师手工编写的教材相比，由AI设计的学习材料更能有效提高学生的学习效率和积极性，因为它们完全建立在每个学生自身的兴趣之上。
还有一些方法可以有效提高成年人的好奇心。一些研究者正在开发一些基于学习进展的项目，以帮助老年人训练他们的各种注意力技能。基德说，我们每一个人都可以有效利用这片学习的“膏腴之地”。她说：“拥有一些知识会让获取更多知识变得更容易，即使只是了解到这一点也是有益的。它可以让你安静地坐下来，更加专注于手中第一本为你打开新领域大门的书。”
（图文由《环球科学》杂志社供稿）
《光明日报》（2025年04月10日 14版）
来源： 光明网-《光明日报》
