三、藏在微观世界里的秘密

成绩好的秘密并不在于“看得见”的宏观大脑，而在于“看不见”的微观世界。学习的本质，是大脑增加看不见的“软件”，而不是看得见的“硬件”。

让我们正式进入大脑的微观世界，看看从脑科学的层面而言，什么是真正的学习。

正如你在图1中看到的，这就是神经细胞（神经元）的样子。任何人的大脑，包括动物的大脑，细分到细胞层面，都是类似的神经细胞。

这是一种多角形的细胞，中间圆滚滚的细胞核承载着生命体的遗传物质。细胞体的每个角都伸出长长的“触手”并彼此相连，而这些“触手”叫作树突或者轴突，触手的连接叫作“突触”。每个神经元的细胞体的大小在几微米[1]到10微米之间，肉眼无法观察到，只有用电镜或者特殊的显微镜才能看清。

为什么要有这么多的触手和连接呢？因为大脑在本质上是一个信息处理工具。信息处理最重要的就是传递和交流。单个几微米大小的神经元并不会有任何作为。一般来说，连接越多，交流越活跃，大脑的功能就越强。

作为最复杂的信息处理器，人的大脑拥有860多亿个神经元，而每个神经元拥有超过1.5万个突触。每时每刻，我们大脑里数万亿个神经信号就像接力赛运动员一样在神经元组成的网络上飞奔着。

学习的本质并不是增加神经细胞，而是增加神经细胞之间的连接——突触。

这是人类进化过程中一个非常聪明的设计。因为如果学习本领会增加神经细胞的数量，那么随着知识的积累，大脑就会越来越大，每个人都会成为“大头娃娃”，这对生物体而言是一种非常大的累赘。

如果知识越渊博头越大，你就会看到有很多大学教授、院士顶着大头在校园里或者研究所里走来走去，而校园里的学霸个个都是可爱的大头娃娃。那样的话，考察一个人的学识也不必考试了，直接量头围就行了。

实际上，神经连接并不增加大脑的体积，而只在微观层面（微米级别）长出树突棘（后面会详细讲述），就像计算机的软件一样。大脑这种只增加“软件”、不增加“硬件”的机制，很好地适应了资源有限的环境。

如果我们对一项技能或知识完全陌生，大脑的神经元可能就没有这方面的任何连接。当我们不断重复习得技能或者知识时，一个个神经元就开始手牵着手，慢慢地尝试进行新的连接。刻意训练的次数越多，重复得越频繁，神经元的连接就越稳定，我们所掌握的本领就越牢固。

可是，这又带来了另一个问题。就像软件是可以卸载的，如果一项已经掌握的技能长期不实践，已经习得的知识十几年没有被唤起过，那么大脑中稳定的神经连接就会慢慢减弱，直到完全消失。这个过程就叫作“忘记”。我现在就已经忘记20多年前高中老师教我的圆锥曲线和二次函数知识了，虽然当时我的数学成绩还不错。

无数神经元组成了神经连接，无数的神经连接进一步组合形成了神经网络，而神经网络就是我们思考和解决问题的有力武器。

所以，一个人在学习上出类拔萃，是因为他的大脑拥有更加复杂的神经连接和神经网络。

必须说明的是，神经细胞、神经连接和神经网络虽然都存在于微观世界，但都是物质的，并不属于精神世界。所以学习靠的并不是精神力量，而是有微观的物质基础。所谓的“学会”，并不是“心领神会”，而是真的长出了神经连接。用通俗的话说就是：学习真的可以长脑子、长记性。

2014年，《科学》杂志发表了一篇脑科学的研究论文，深刻阐明了学习对于大脑物质上的改变。[2]

科学家首先教小鼠学习一种新的运动技能（在某根杆子顶部保持平衡）。小鼠学会以后，立刻让小鼠去睡觉。小鼠睡醒以后，用一种新技术观看小鼠大脑皮质的微观变化。结果发现：在微米的层级上，小鼠的脑细胞的树突上长出了许多小小的“新芽”。这就是树突棘——构成神经连接的重要物质结构。

这项研究至少说明了三个问题：

第一，学习对大脑的改变，并不在精神层面，而在物质层面，只不过这种改变过于细微，所以我们平时感受不到。（这就好比细菌感染——大量微米级别的细菌在我们身上繁殖，让我们发烧生病。）正如长辈们一直和我们说的，学习可以长脑子！长出“新芽”树突棘的过程，就是真正的长记性。

第二，树突棘的数目与神经连接（突触）数是相关的。对于哺乳类动物来说，脑中的突触变化是学习的基础。

第三，学习要改变大脑，必须经过睡眠。研究中，科学家为了探索睡眠是否会影响突触变化，他们训练小鼠学习技能后，将它们分成两组进行研究。有些小鼠可以在学习后马上入睡，而另外一些小鼠则要经历一段8小时的睡眠剥夺时间。睡眠可令新树突棘数增加，而剥夺睡眠不利于新的树突棘的生长。

所以，睡觉也是学习过程的一部分。这就是为什么我做学生的时候发现成绩好的同学大多保证了充足的睡眠！因为睡觉的时候才能长出树突棘，形成神经连接，让短期记忆变成稳定的长期记忆，以应对考试。

接下来，让我们看看第二项研究：伦敦出租车司机怎样通过学习改变大脑？

伦敦的道路非常复杂，能让GPS（全球定位系统）都陷入瘫痪。伦敦主干道很弯曲，主干道间的连接也是奇怪的夹角，城市中到处都是单行道，环形交叉路和“断头路”也随处可见。此外，伦敦采用古怪的编号系统，人们单看地址的话，经常会找错地方。

但伦敦出租车司机有着令人震惊的能力，他们能以最高效的方式把你从甲地载到乙地，不仅能考虑到各种可行路线的长度，还会估计一天中不同时间的交通状况、临时路况以及道路封闭情况。据报道，伦敦出租车司机要记住25万条街道，掌握城市不规则的布局。[3]

是什么让他们拥有如此惊人的能力呢？英国伦敦大学学院（UCL）的教授们将伦敦出租车司机和普通人做对比，通过磁共振成像技术发现，出租车司机们的大脑海马回躯干和后侧部分的体积比普通人的大。

大脑的海马回是记忆的关键部位，这一点后文还会详细讨论。伦敦出租车司机曾经也是普通人，是日复一日的训练和积累让他们拥有了惊人的记忆力和更大的海马回。这说明大脑的记忆能力是可以通过后天学习训练的。学习真的可以使大脑的物质结构发生变化！而且这种变化并不局限于儿童，在成年人中也一样会发生！

当我们记住一小段信息时，大脑内部大概有数千甚至数万个神经连接（突触）形成。因为只有发生物质上的改变，才有利于长期保留。所有的考试、竞赛依赖的都是长期记忆，而长期记忆所倚仗的就是大脑皮质物质结构的改变——通过神经连接和神经网络的形成，把知识和信息刻入大脑皮质。

反过来说，要想学得好、记得牢，一定要保证对大脑物质供应的充足，特别是形成神经连接所需的蛋白质的供应。如果大脑是储存知识的仓库，那么蛋白质就是建造仓库的砖头和水泥。

科学家曾对背诵后的学习者使用抑制蛋白质合成的抑制剂，干扰神经细胞、神经连接的形成，结果影响了学习者的记忆力。因此，养成学习型大脑的前提是保证大脑摄入丰富的营养。

早些年间，世界上某些贫困地区智力较低的孩子比较多，而这些孩子甚至没有办法完成义务教育阶段的学习任务，主要原因就是营养不良。他们的大脑里缺乏形成神经连接需要的基本物质。大脑能量不足或者大脑中没有形成突触所需的稳定物质，孩子的基本学习就无法实现，这是一个人无法通过自身奋斗和刻苦学习来克服的障碍。

我并不是鼓励大家多吃肉，而是想要告诉大家，肉、蛋、奶中含有丰富的蛋白质，可以在体内转化为氨基酸被吸收，而氨基酸是形成神经连接的重要物质。因此，越是学习辛苦的时候，越是要注意营养的均衡。我提倡每天摄入新鲜的优质蛋白质和足够的碳水化合物、纤维素，以保证“记忆工厂”正常运转。

既然影响一个人学习能力的并不是大脑的基本结构，而是微观世界的神经连接和神经网络，那么，怎样才能打造出强大的神经连接和神经网络呢？

答案是：刺激。

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[1]1微米=0.001毫米。

[2]Science.2014 June 6;344(6188):1173-1178.doi:10.1126/science.1249098。

[3]Maguire E. A.、 Gadian D. G.、 Johnsrude I. S.，et al. “Navigation-related struct-ural change in the hippocampi of taxi drivers．”Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.2000.