Почему мы лучше учимся, когда ошибаемся
Я учусь на своих ошибках. Это довольно трудный способ учиться, но без труда, как гласит старая поговорка, не вытащишь и рыбку из пруда.
Я одновременно изучаю память и преподаю в университете, и это дает мне уникальное преимущество: благодаря исследовательской работе у меня образуется больше материала для работы со студентами, и в конечном итоге я расту как преподаватель.
Я начал вести курс «Обучение и память человека» в 2002 году. Моя дочь Майра была младенцем, а я только стал доцентом Калифорнийского университета в Дэвисе. Я был несколько неопытен, но курс прошел хорошо, и я продолжал совершенствовать его следующие восемнадцать лет. К тому времени, как Майра выросла и поступила в университет, у меня уже наладился стабильный режим преподавания. А потом из-за пандемии подход пришлось пересмотреть.
В январе 2021 года, после десяти месяцев карантина и поддержания социальной дистанции, которые вынудили всех стремительно перейти на удаленное обучение, я с ужасом ожидал начала новой четверти. Подобно миллионам учителей по всему миру, я должен был понять, как учить и вдохновлять лица в квадратиках на экране компьютера. Видя, как Майра изо всех сил старается сохранить интерес к курсам, которые очно посещала бы с удовольствием, я не мог не беспокоиться о том, как воспринимают онлайн-обучение мои студенты. Стало понятно, что, если я хочу справиться с трудностями дистанционного обучения, мне придется радикально переосмыслить преподавание этого курса.
Почти два десятка лет я выставлял оценки студентам в первую очередь по результатам двух промежуточных и одного итогового экзамена. Принимать экзамены очно легко, но при онлайн-обучении предотвратить списывание практически невозможно, поэтому пришлось отказаться от традиционной модели, в которой достижения измеряются по экзаменам и тестам. Как только я смирился с новой реальностью, в ней открылась возможность использовать тестирование для совершенно другой цели. Вместо того чтобы и дальше считать тесты инструментом измерения выученного, я решил использовать тестирование, чтобы стимулировать обучение. Далеко ходить не пришлось: достаточно было обратиться к исследованиям, которые проводились у нас в лаборатории.
Мы визуализировали мозг, опираясь на давние исследования, где было показано: если тестировать людей по недавно просмотренному материалу, то их способность удерживать эту информацию с течением времени значительно увеличивается. Я сделал ставку на модель, которую мы использовали для экспериментов в лаборатории, и перевел курс в формат, в котором у студентов каждую неделю было три дня, чтобы пройти онлайн-тест, пользуясь любыми материалами. Вскоре после того, как студенты отправляли мне тесты, они получали правильные ответы и возможность учиться на своих ошибках. Если они отвечали верно, просмотр правильных ответов закреплял выученное. Цель еженедельных тестов была не в том, чтобы мучить студентов, а в том, чтобы они обдумывали материал, который изучали на занятиях, а я бы мог при необходимости давать обратную связь и поддержку. Темы с тестов шли и в экзамен в середине семестра, так что каждый тест помогал студентам оттачивать знания к экзамену.
В середине семестра я попросил студентов заполнить анкету для промежуточной оценки курса, чтобы посмотреть, как мы справляемся с переходом на онлайн-обучение, и полученные ответы превзошли мои самые смелые ожидания. Больше всего меня поразило, что на вопрос «Помогли ли вам в учебе еженедельные тесты?» 85 % студентов ответили: «Полностью согласен». На вопрос о том, что было самым лучшим в курсе, кто-то даже сказал: «Тесты, потому что они помогают подготовиться к экзамену в середине семестра: тестирование по темам, которые только что учил, отлично помогает запоминать». Если вы не преподаватель, позвольте заверить вас, что студенты почти никогда не говорят ничего хорошего о тестах. Однако в этом случае они утверждали, что мой новый формат еженедельного тестирования – чуть ли не лучшее в курсе.
Оглядываясь назад, не могу сказать, почему не начал так делать годами ранее, ведь здесь используется базовый принцип работы человеческого мозга. Мы запрограммированы учиться на своих ошибках и трудностях: этот феномен называется обучением на основе ошибок. Я считаю, что этот простой принцип может объяснить широкий спектр явлений: в каких условиях мы лучше всего учимся, в каких условиях забываем и даже, возможно, как меняется память во время сна.
Тяжелая борьба
В год, когда мне исполнилось пятьдесят, я запланировал сделать две вещи: первое – написать книгу (вы ее сейчас читаете), а второе – научиться серфингу. Попытки осуществить последнее оказались унизительнее любых испытаний, с которыми я сталкивался на пути к докторской степени. Начать можно с того, что я не в лучшей физической форме, а серфинг весьма требователен к мышцам, о существовании которых в своем теле я даже не подозревал. К тому же кривая обучения серфингу весьма крута, ведь научиться нужно многому: как грести; как «читать» волны, чтобы занять нужное положение и начать грести в нужное время; как понять, когда ты действительно поймал волну, и – если повезет добраться до этого этапа – как вскочить на ноги, прежде чем нырнешь носом в воду. Одна ошибка – и тебя сбивает волной, что одновременно изматывает физически и подрывает дух.
Подступаетесь ли вы к новому виду спорта, например серфингу, или учитесь говорить на иностранном языке или играть на музыкальном инструменте, боль от ошибок – это одно из главных препятствий для обучения, и особенно она огорчает на ранних этапах. Но даже мастер, которому, кажется, все дается само собой, когда-то был новичком и начинал с ошибок. Новички становятся мастерами, непрестанно толкая себя к пределу возможностей. Нет боли – нет результата. И наоборот – некоторая доля боли может дать большой результат.
Я говорю не о физической боли, а скорее об умственной, а иногда и эмоциональной боли от ошибок. И я не предлагаю страдание в качестве тренировки характера. Результат, о котором я говорю, связан с тем, как ошибки могут помочь в обучении.
Обучение на основе ошибок – хорошо известный принцип в двигательной системе мозга[278]: многие нейробиологи считают, что мы учимся искусным движениям, наблюдая разницу между тем, что намерены сделать, и тем, что получается. Например, когда музыканты репетируют уже известную им вещь, некоторые части будут относительно просты, но кое-где может оказаться сложно найти правильный аккорд. Было бы крайне неэффективно при каждом исполнении переписывать воспоминания обо всей пьесе. Есть решение получше: дорабатывать воспоминания, чтобы лучше справляться с трудными участками.
Обучение на основе ошибок также может объяснить преимущества, которые возникают, когда мы не пассивно запоминаем, а активно учимся на практике. Вы намного лучше запомните карту незнакомого района, если поведете по нему машину сами, а не поедете на такси. Одним из многих преимуществ активного ориентирования в новой среде является то, что оно дает возможность учиться на результатах собственных решений и действий: если просто смотреть на карту, этот способ обучения будет недоступен. Аналогичные механизмы работают и во многих других видах деятельности. Независимо от того, актер ли вы на генеральной репетиции, футболист, обводящий соперников в тренировочном матче, или руководитель корпорации, репетирующий презентацию для совета директоров, – вы интуитивно пользуетесь возможностями обучения на основе ошибок.
Исследователи памяти давно знают, что обучение в трудных условиях имеет свои преимущества[279]. Рассмотрим практический вопрос: подготовка к очному тесту у студентов. Простейший способ, которым пользуется большинство студентов во всем мире, – пытаться выучить материал, читая и перечитывая учебники. Когнитивные психологи Генри «Родди» Рёдигер и Джефф Карпике рассмотрели другой подход: что, если не зубрить, а гонять себя по вопросам?[280] Интуитивно кажется, что учить и учить – лучше, чем гонять вопросы: зачем рисковать ответить неверно, когда можно просто сосредоточиться на том, чтобы запомнить правильный ответ?
Рёдигер и Карпике были готовы поспорить с общепринятым мнением, поскольку увидели в ряде исследований свидетельства пользы проверок и тестов в качестве инструмента обучения. Чтобы изучить влияние тестирования, они просили две группы студентов запоминать отрывки из учебника для подготовки к тесту по английскому языку как иностранному (TOEFL). Участники из первой группы заучивали отрывки, перечитывая их около четырнадцати раз, а из второй – читали отрывки по три-четыре раза, а затем выполняли три теста, в которых нужно было вспомнить как можно больше из прочитанного. Студенты, которые многократно перечитывали материал, были гораздо более уверены в своих силах, и вначале их уверенность подтверждалась. Они помнили больше, чем те, кто проходил тесты, но это неудивительно, ведь «учебная» группа могла перечитывать отрывки в четыре раза больше, чем «тестовая». А затем Рёдигер и Карпике подождали неделю, чтобы посмотреть, закрепилось ли выученное, и различия оказались огромны. В среднем студенты, которые много раз перечитывали материал, помнили только половину того, что выучили изначально, а те, кто проходил тесты, помнили более 85 %. Таким образом, хотя студенты думали, что выучили намного больше, перечитывая, – на самом деле результаты после тестов были несравнимо лучше.
Родди как-то написал, что, в отличие от физики, в науке о памяти нет «законов», но выгода от проверок по сравнению с заучиванием (также известная как эффект тестирования) почти так же надежна, как закон тяготения[281]. Эффект тестирования показали в огромном количестве исследований, в широком диапазоне условий[282]. Эффективность проверок остается неоспоримой, но ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, почему они так сильно влияют на память.
Простейшее объяснение заключается в том, что проверка выявляет слабости. Мы в целом склонны быть слишком уверенными в своей способности удерживать в уме свежеосвоенную информацию. Студенты в эксперименте Рёдигера и Карпике думали, что, повторяя, выучат больше, потому что ни разу не сталкивались с вызовом. А с группы, проходившей тесты, спесь сбивал опыт борьбы и неудач: они зачастую не справлялись с тем, чтобы припомнить, казалось бы, усвоенный материал. В результате возможно, что в условиях тестирования студенты старались больше, так как постепенно понимали, что выучили совсем не так много, как им казалось.
Но тестирование не просто смиряет гордыню. Допустим, вы хотите начать учить суахили, но еще до того, как у вас дойдут руки им заняться, вас спросят: «Как переводится слово usingizi?» Если вы не носитель языка, вы, вероятно, не знаете ответа, поэтому придется напрягаться и что-то придумывать, прежде чем выяснить правильный ответ: «спать». Может показаться, что здесь тесты совершенно ни к чему: попытки ответить на вопрос о том, чего еще не знаешь, противоречат всем нашим представлениям об учебе. Удивительно, но подобное «предварительное тестирование» оказывается чрезвычайно эффективным в обучении[283]. Почему же мозгу полезно напрягаться и выдумывать неправильные ответы, даже не получив возможности узнать сперва верный?
Порождение неверной информации принято считать неэффективным или даже вредным, поскольку оно приводит к конкуренции и помехам; большинство нейробиологических теорий предсказывают, что, если уж на то пошло, лучше просто с самого начала дать мозгу верную информацию. Тем не менее если давать мозгу возможность активно пытаться, то у него, кажется, получается выучить больше и дольше сохранять информацию.
В 1992 году когнитивные психологи Марк Кэрриер и Хэл Пашлер предложили занятную теорию, объясняющую этот принцип памяти[284]. В информатике хорошо известно, что машины хорошо учатся, когда им трудно. Модели нейронных сетей, которые составляют основу современных систем искусственного интеллекта, обучаются методом проб и ошибок, настраивая связи между искусственными нейронами так, чтобы им все лучше и лучше удавалось находить верные ответы[285]. Кэрриер и Пашлер предположили, что такое обучение на основе ошибок может пригодиться и людям.
Чтобы посмотреть, как это может работать в человеческом мозге, сотрудник моей лаборатории Сяонань Лю (ныне профессор Китайского университета Гонконга), мой аспирант Алан Чжэн, Рэнди О'Рейли и я симулировали эффект тестирования в нашей модели нейронной сети, в «гиппокампе в коробке»[286]. Следуя стандартным теориям памяти в мозге, мы предположили, что гиппокамп записывает все поступающее извне: такая модель запоминала новую информацию, но сохранялось выученное плохо – как у зубрящих студентов из исследования Рёдигера и Карпике. Когда мы поменяли модель, встроив в нее обучение на основе ошибок, гиппокамп разогнался как следует. Теперь, несмотря на помехи, он обучался и сохранял гораздо больше информации.
Заглянув под капот модели гиппокампа, мы увидели, что преимущества тестирования проистекают не от ошибок как таковых, а от попыток изо всех сил извлечь выученное. Чтобы разобраться, почему это так, вернемся к аналогии с клеточными ансамблями. Когда вы себя проверяете, мозг пытается породить правильный ответ, но результат оказывается несовершенным. Тогда мозг прикладывает еще больше усилий и выдает нечто смутно приближенное к тому, что вы учили. А эти усилия открывают огромные возможности для обучения. Такой стресс-тест памяти выявляет слабые места в клеточных ансамблях, и память может обновляться, укрепляя полезные связи и отсекая ненужные. Чем снова и снова заучивать одно и то же, гораздо эффективнее оказывается настроить нейронные связи и исправлять только те части, которые плохо даются. Главное здесь – обновление памяти, потому что самый эффективный для мозга способ экономить место и быстро учиться – сосредоточиться на том, чего мы раньше не знали.
Обучение на основе ошибок, как правило, помогает, но есть одно важное ограничение. Так учиться полезно, если вы постепенно приближаетесь к правильному ответу или по крайней мере способны исключить неправильные ответы, то есть можете учиться на ошибках. Без возможности распознать ошибки толку от них не будет. Стараться изо всех сил – полезно, беспомощно барахтаться – нет. В частности, поэтому бывает так трудно осваивать сложные навыки, например серфинг: там происходит столько всего одновременно, что трудно понять, что именно вы сделали правильно в удачной попытке, а где ошиблись, когда не получилось. В таких ситуациях очень помогает опытный преподаватель, который может рассказать, что делать, и дать обратную связь о том, что конкретно вы сделали правильно, а что пошло не так.
Перехлест
Память – не горстка отдельных островов, а экосистема взаимодействующих клеточных ансамблей. Когда мы что-то делаем, чтобы укрепить один из них, – например, многократно извлекаем определенное воспоминание, – эффект может распространяться и на другие воспоминания, занимающие сходное место в экосистеме. Иногда, если вспомнить о чем-то одном, может стать труднее добраться до связанных с этим воспоминаний – этот эффект называют забыванием, вызванным извлечением[287]. Его можно наблюдать в лаборатории: дать участнику эксперимента выучить кучу слов, скажем, названия инструментов – молоток, отвертка и им подобные. Если потом многократно проверять испытуемого на слово «молоток», оно закрепится в памяти, а вот память на «отвертку», если ее не проверяли, ослабнет. Похожий эффект может оказывать и припоминание событий из жизни (также известных как автобиографические воспоминания): от этого подавляются конкурирующие воспоминания. Это может объяснить, почему родители, когда вспоминают мое детство, как правило, сосредоточиваются на нескольких памятных историях, а многие другие события отбор не проходят.
К счастью, вспоминать о чем-то не всегда вредно для соседних воспоминаний. В благоприятных обстоятельствах припоминание части информации может положительно повлиять на окружающие воспоминания, укрепляя и то, что вы извлекли, и то, что с этим связано. В одном исследовании добровольцев просили прочитать статьи о туканах, большом взрыве и (мое любимое) шаолиньском кунг-фу, а потом проверяли, как они запомнили информацию из статей. Когда людей спрашивали об одном из фактов в конкретной статье, проверка укрепляла и память на связанные факты: это явление известно как упрощение, вызванное извлечением[288].
Почему припоминание иногда ослабляет, а иногда – укрепляет связанные воспоминания? Сяонань исследовал это при помощи вычислительной модели и получил ответы, соответствующие закономерностям, которые мы исследовали ранее. Начнем с забывания, вызванного извлечением. Когда несвязанные воспоминания накладываются друг на друга – скажем, пару недель назад вы заказывали пиццу в любимом итальянском ресторане, а вчера побывали там снова и заказали лазанью, – возникает конкуренция: поддерживающие разные воспоминания клеточные ансамбли соперничают друг с другом на дарвиновском ринге. Таким образом, припомнив ужин с лазаньей, вы усилите клеточный ансамбль, который поддерживает это свежеизвлеченное воспоминание, а ансамбли, поддерживающие конкурирующие воспоминания (например, ужин с пиццей), окажутся относительно слабее, и их будет сложнее извлечь. Обучение на основе ошибок усиливает извлеченное воспоминание и одновременно ослабляет соперников[289].
Благодаря симуляциям Сяонаня мы также смогли лучше разобраться в упрощении, вызванном извлечением. Предположим, к лазанье вы раскошелились на бутылку «Брунелло ди Монтальчино» (а почему бы и нет?). Лазанья и вино были частью одного и того же события, так что они не конкурируют друг с другом, поэтому, если часто припоминать чудесную лазанью, попутно будет вспоминаться и насыщенное красное тосканское вино. Общая эпизодическая память указывает на создание союза между клеточными ансамблями, которые поддерживают различные компоненты ужина с лазаньей, и когда мы вспоминаем лазанью, обучение на основе ошибок укрепляет этот союз, подтягивая другие связанные элементы того же события.
Исследования забывания и упрощения, вызванных извлечением, имеют практическое значение для переноса принципов обучения, обнаруженных в лаборатории, на реальных обучающихся. Экзамены обычно проверяют не весь пройденный материал: в большинстве случаев это попросту невозможно. Таким образом, если обучать и тестировать неправильно, то проверки могут оказывать обратный эффект и приводить к забыванию, вызванному извлечением. Если учеников призывают запоминать кучу разрозненных фрагментов информации, например, даты важных европейских сражений из учебника истории, проверка по некоторым из этих фактов может подогреть конкуренцию и навредить запоминанию других фактов, не вошедших в тест. Но если призывать учеников поглубже разобраться в том, как факты складываются в общую картину – например, как конкретные сражения связаны с крупными политическими переменами того времени, – то проверка может улучшить запоминание.
Освободить место для обучения
Самопроверка – не единственный способ извлечь максимальную пользу из обучения на основе ошибок. Обучение на основе ошибок не требует, собственно, ошибаться – оно происходит всякий раз, когда мозг пытается извлечь из памяти нужную информацию. Преимущества, которые дает стресс-тестирование связей в мозге, можно максимизировать не только за счет оптимизации того, как вы учитесь, но и за счет оптимизации того, когда вы это делаете.
Почти каждый студент когда-нибудь зубрил перед экзаменом. За время учебы в университете я провел немало бессонных ночей, пытаясь накануне экзамена впихнуть в себя материал нескольких недель. Я обнаружил, что в краткосрочной перспективе это исключительно эффективно, но, к сожалению, почти все выученное рассеивалось через несколько дней после окончания семестра. Чтобы как следует выучить и усвоить информацию, лучше не зубрить по шесть часов подряд, а разбить подготовку на несколько отрезков покороче и разнести их во времени. Целая куча данных психологических исследований показывает, что, как правило, отдача оказывается гораздо больше, если устраивать учебные сеансы с перерывами, а не тратить то же количество времени разом на зубрежку[290].
В 2021 году Джеймс Энтони, еще один исследователь из моей лаборатории (ныне доцент в Калифорнийском политехническом университете), работал с моделью гиппокампа Рэнди О'Рейли, чтобы разобраться, почему так происходит[291]. Его вычисления показали, что выгода от обучения, разнесенного во времени (известная как эффект интервала), исходит от обучения на основе ошибок[292]. Вспомните главу 2 (вот видите?), где мы разобрали, как гиппокамп создает эпизодические воспоминания, привязывая наш опыт к контексту – т. е. к определенному месту и времени. Недавно изученную информацию вспомнить не так сложно, ведь мысленный контекст с тех пор не сильно изменился. Поэтому в краткосрочной перспективе зубрежка накануне экзамена может оказаться полезной. Но со временем контекст для мозга продолжает меняться, и вернуться к информации, которую вы узнали в своей комнате общежития, накачавшись кофе в три часа ночи, становится все труднее и труднее.
Но что происходит, если распределить обучение во времени? Предположим, вы прочтете главу о контексте и эпизодической памяти на диване в гостиной, а на следующий день возьмете книгу с собой на пляж и перечитаете ту же главу в новом контексте. Сначала гиппокамп попытается извлечь воспоминание о последнем прочтении главы, но ему будет трудновато, потому что перед вами будет та же информация, что и раньше, но уже в другом контексте. В результате клеточные ансамбли гиппокампа реорганизуются таким образом, чтобы уделять больше внимания тому, что вы читаете, и меньше привязывать информацию к тому, где и когда вы впервые прочитали эту главу. Модели Джеймса показывают, как, если через некоторые промежутки времени возвращаться к одной той же информации, гиппокамп будет обновлять воспоминания до тех пор, пока они не утратят конкретный контекст и не станут доступнее в любом месте в любое время[293].
Это возвращает нас к принципу обновления памяти: когда мы раз за разом возвращаемся к одним и тем же воспоминаниям, они постоянно обновляются и от этого теряют отличительные детали, которые могут вернуть нас в конкретный момент времени. Плюс здесь в том, что воспоминания могут становиться все более и более доступными именно потому, что они теряют привязку к уникальному моменту из далекого прошлого. Вам больше не нужно будет отправляться именно в то место, где это произошло, или в то состояние ума, в котором вы были тогда, – достаточно будет обратиться к воспоминанию, и оно всплывет в памяти.
Обратить память в мудрость
Обучение на основе ошибок – фундаментальный принцип, объясняющий динамическую природу памяти. Мне кажется, что оно даже не ограничивается рамками нашего сознательного опыта, а распространяется на разнообразную деятельность, происходящую в мозге, пока мы крепко спим.
Да, именно так – мозг усердно трудится во время сна[294].
Часть этого труда – хлопоты по хозяйству[295]: например, нужно избавляться от метаболических отходов, накопившихся за день (например, бета-амилоидного белка, избыток которого возникает в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера). Еще мозг, по-видимому, пользуется сном, чтобы упорядочивать воспоминания, обнаруживая связи между различными пережитыми событиями.
За время ночного сна мозг успевает побывать по крайней мере в пяти разных состояниях. При смене этих состояний резко меняются уровни нейромедиаторов, например ацетилхолина, и гормонов, например кортизола, – химических веществ, которые помогают стабилизировать связи, образующиеся между нейронами, когда мы узнаем что-то новое. Если во время сна записывать электрическую активность мозга (то есть электроэнцефалограмму, или ЭЭГ), можно увидеть, что каждое состояние имеет собственный характерный рисунок активности мозга. Есть немало теорий о том, как все эти процессы, происходящие во время сна, могут влиять на то, как мы действуем, бодрствуя (в том числе учимся и запоминаем), но в научных данных много пробелов, и до окончательных ответов еще далеко. Тем не менее появляются некоторые свидетельства того, что медленный сон (SWS – slow-wave sleep) и быстрый сон (REM – rapid eye movement) работают сообща, преобразуя недавний опыт в применимые на практике знания.
Медленный сон (SWS) – самая глубокая стадия, ее больше всего связывают с обучением и памятью[296]. Пока вы спите мертвым сном, мозг усердно трудится. На ЭЭГ во время медленного сна видно прекрасно организованное взаимодействие гиппокампа и неокортекса. Через неокортекс циклами проходят большие, медленно движущиеся электрические волны, а на их гребнях возникают волны помельче, которые называют веретенами. В гиппокампе тем временем возникают небольшие всплески активности, называемые рябью, во время которых снова активизируются и перебрасываются умеренными сигналами отдельные нейроны гиппокампа, которые действовали в дневное время. Рябь, в свою очередь, вызывает всплески активности в сети пассивного режима работы мозга (СПРРМ), с помощью которой мы задействуем схемы, чтобы осваивать новые события, и в префронтальной коре, с помощью которой мы задействуем схемы, чтобы формировать и впоследствии реконструировать воспоминания о событиях.
Во время медленного сна у нас в голове играет тщательно слаженный оркестр ритмов неокортекса и гиппокампа, а во время быстрого сна в неокортексе вступает фри-джаз[297]. Исследователи иногда называют быстрый сон парадоксальным, потому что ЭЭГ во время этой стадии напоминает быстрые всплески активности, какие можно наблюдать у бодрствующих людей. Но в отличие от бодрствования, большинство из нас во время быстрого сна не ходит, ничего не видит и не слышит, поэтому неокортекс несколько отключен от внешнего мира. На этой стадии мы видим сны, яркие, реалистичные переживания и странную логику которых как раз может объяснить динамика неокортекса[298]. Во время быстрого сна мозг генерирует собственную сенсорную информацию и пытается осмыслить ее в форме снов, конструируя альтернативную реальность, пока вы отдыхаете в своей постели.
В нейробиологическом сообществе многие предполагают, что медленный сон играет решающую роль в закреплении воспоминаний о дневных переживаниях – в консолидации памяти[299]. Эта идея привлекательна своей простотой, но не вполне соответствует экспериментальным данным. Теория консолидации предсказывает, что сон напоминает самопроверку. Если воспоминания активируются во время проверок и во время сна, эффекты должны быть схожими. Сяонань Лю провел ряд исследований этой гипотезы и обнаружил, что сон не просто укрепляет воспоминания – все гораздо интереснее[300].
В соответствии с предыдущими данными Сяонань обнаружил, что, когда мы в течение дня извлекаем эпизодические воспоминания (например, в контексте теста на память), воспоминания о конкурирующих событиях страдают от забывания, вызванного извлечением (феномена, при котором запоминание одного явления заставляет забывать другое, связанное с первым). Сяонань показал, что сон такого эффекта не имеет. Его роль, по-видимому, иная: он участвует в устранении ущерба, наносимого извлечением из памяти определенных событий. После ночного сна люди лучше помнили события, связанные с материалом, по которому их проверяли до этого, – то есть наблюдалось упрощение, вызванное извлечением.
Представив эти результаты к публикации, мы получили много критики от рецензентов, которые не могли понять, как забывание, вызванное извлечением, может после сна преобразоваться в упрощение, вызванное извлечением. Чтобы докопаться до сути дела, мы использовали вычислительную модель Сяонаня, в которой исследовали различия между тем, что происходит в мозге, когда воспоминания заново активируются при проверке (проводимой во время бодрствования), и тем, что происходит, когда воспоминания активируются заново во время сна.
Модели Сяонаня позволяют предположить, что в обоих случаях главное – обучение на основе ошибок[301]. В симуляции вспоминания чего-то в бодрствующем состоянии обучение на основе ошибок повысило устойчивость клеточных ансамблей, где хранятся эпизодические воспоминания об извлекаемой информации. Однако поскольку память – это экосистема, извлечение одного воспоминания может подавлять клеточные ансамбли, где хранятся конкурирующие воспоминания, усвоенные в других контекстах, что приводит к забыванию, вызванному извлечением. Напротив, сон может создавать среду, в которой клеточные ансамбли, активные во время разных событий, не конкурируют, а играют в одной команде. В нашей модели при повторной активации информации о некоем событии неокортекс использовал ее, чтобы запустить цепную реакцию свободных ассоциаций. Информация о разных событиях согласовывалась через обучение на основе ошибок: выявлялось, что у этих событий общего. Модель предполагает, что при активации воспоминаний во время теста обучение на основе ошибок помогает укрепить эти конкретные воспоминания, но, когда воспоминания активируются во время сна, обучение на основе ошибок помогает мозгу сплести отдельные нити опыта в гобелен знания.
Наши модели согласуются с результатами нескольких исследований, предполагающих, что сон помогает интегрировать недавно полученную в различных обстоятельствах информацию, чтобы эффективнее использовать ее в дальнейшем[302]. Слова, выученные перед сном, после сна легче встраиваются в наш лексикон. Воспоминания о событиях после сна иногда становятся менее зависимыми от контекста, так что мы можем более гибко извлекать освоенную информацию, даже если получили ее совершенно в другом месте. После сна мы иногда лучше видим общую картину взаимосвязей между фрагментами информации, которые узнали ранее, и можем эффективнее пользоваться этими данными для решения задач. Мэтт Уокер, исследователь сна, говорил примерно так: «Сон может помочь обратить память в мудрость».
Логика влияния сна на память становится понятной, если учесть, что гиппокамп и неокортекс хранят разные виды информации. Гиппокамп помогает извлекать определенные схемы мозговой активности, которые возвращают нас в определенное место и время, тогда как неокортекс хранит семантические знания, которые дают понимание того, что происходит, и позволяют делать прогнозы и выводы в новых ситуациях. Во время медленного сна гиппокамп может активировать клеточные ансамбли, где запечатлены важные события предыдущего дня (эпизодическую память), а во время быстрого сна неокортекс может играть с этой информацией, порождая свободные ассоциации и обнаруживая возможные связи между различными пережитыми событиями. Мораль заключается в том, что бессонные ночи не так выгодны для работы и учебы, как принято считать. Мы не только быстро забудем то, что узнали, но также лишим себя возможности отдохнуть и позволить мозгу преобразовать воспоминания о событиях в полезные знания.
Преимущества ночного сна для памяти можно получить и днем. Сара Медник, психолог из Калифорнийского университета в Ирвайне, провела революционное исследование, которое показало, что похожую выгоду может приносить и короткий дневной сон[303]. Даже в бодрствующем состоянии, отвлекшись на минутку от сосредоточенной деятельности, отключившись и передохнув, можно получить преимущества, сходные с теми, что дает ночной сон. Например, нейронная рябь, которую ученые наблюдали в гиппокампе спящих крыс, также возникает, когда крыса, завершив задачу, делает передышку[304]. У людей, отдыхающих в сканере МРТ, распределение мозговой активности меняется в зависимости от задачи, которую они выполняли непосредственно перед этим: различные области мозга, которые действовали во время задачи, продолжают активно сообщаться во время отдыха, и эта коммуникация, по-видимому, помогает нам сохранять выученное[305]. В лаборатории мы обнаружили, что во время отдыха гиппокамп заново активирует воспоминания о ситуациях, где ощущение вознаграждения было особенно ярким, таким образом помогая нам сосредоточиться в первую очередь на воспоминаниях о самом важном[306].
Если распространить это на реальную жизнь, можно сказать, что после сложной работы поможет хорошо поспать ночью или днем или хотя бы ненадолго передохнуть. В такой «отключке» мозг сможет при помощи обучения на основе ошибок собрать воедино элементы разнородного опыта, что позволит нам посмотреть на вещи с другой точки зрения и даст рычаг для решения проблем, которые казались непреодолимыми[307].
Начало
Когда я учился в аспирантуре, мой научный руководитель Кен Паллер считался новатором в исследованиях памяти, а с тех пор, как я окончил учебу, он прославился и как первопроходец в исследованиях сна. Изначально Кен увлекся нейробиологией, потому что его занимало сознание. Изучение сна позволило ему объединить интересы к памяти и сознанию. Во время сна мы вроде бы находимся без сознания, однако мозг усердно трудится над перестройкой воспоминаний.
Какое-то время Кен наблюдал за исследованиями сна со стороны, размышляя о том, что происходит в мозге, пока мы спим. Затем у него возникла безумная идея: что, если бы можно было вмешаться в процесс сна и заново активировать определенные воспоминания? Я назвал эту идею безумной, поскольку в то время среди ученых было принято считать, что во время сна – особенно медленного – человек находится без сознания и поэтому мозг в целом отрезан от внешнего мира. То есть заставить спящих людей вспоминать информацию должно быть невозможно. Кен, однако, общепринятых взглядов не разделял и рассуждал о том, как «хакнуть» сон и активировать воспоминания об определенных событиях[308]. Персонаж Леонардо Ди Каприо из фильма «Начало» проникал в чужие сны; Кен задавался вопросом, можно ли реализовать что-то подобное в лаборатории – хотя и с гораздо менее злонамеренными или неэтичными последствиями.
Чтобы проверить эту необычную теорию, команда Кена просила людей заучивать информацию со звуком на фоне – например, запоминать изображение коровы в сопровождении мычания[309]. Затем испытуемые ложились подремать, и, пока они находились в глубоком сне, им снова проигрывали некоторые из этих звуков. Проснувшись, участники эксперимента не знали, что слышали звуки, пока спали. Тем не менее звуки повлияли на их воспоминания о выученном накануне. Воспоминания о тех событиях, которые заново активировались во время сна, были более подробными (например, участники помнили точное положение коровы на экране).
С тех пор лаборатория Кена исследовала многочисленные способы применения этой техники, которую называют целевой реактивацией памяти, для улучшения памяти и мышления[310]. Команда Кена показала, что целевая реактивация памяти может помочь в освоении видеоигры или нового языка и может стимулировать творческие подходы к решению задачи, которая до сна казалась неразрешимой. Они даже показали, что реактивация воспоминаний, противоречащих распространенным расовым и гендерным стереотипам, может снизить предвзятость. В настоящее время Кен продолжает эту работу, чтобы изучить, насколько далеко можно зайти в покорении сна.
Моя коллега из Калифорнийского университета в Дэвисе Симона Гетти использовала похожую технику для исследования воспоминаний у маленьких детей[311]. В ее лабораторию трижды приходила группа малышей (в возрасте от двух до трех лет), которым давали поиграть с плюшевой игрушкой, пока на фоне звучала песня. В течение двух дней после последнего визита в лабораторию детей вечером приводили на МРТ, где они спали, пока им сканировали мозг. Даже во сне активность в гиппокампе резко возрастала, когда команда Симоны включала песни, которые дети уже слышали. Уровень активности в гиппокампе был напрямую связан с тем, сколько информации ребенок получил о плюшевых игрушках во время игровых сессий. Исследования Симоны открывают беспрецедентное окно в нейробиологию памяти малышей и позволяют предположить, что, как и у взрослых, спящий мозг младенцев очень восприимчив к внешнему миру.
Преобразить обучение
Зарождающееся понимание механизмов обучения на основе ошибок крайне важно для образовательных практик. Многие поколения преподавателей рассматривали экзамены как способ отделить зерна от плевел, а студенты готовились к экзаменам, читая и перечитывая учебники, будто с каждым новым прочтением можно получить все больше информации. Но мыслимо ли представить себе театрального режиссера, который, готовя актеров к премьере, попросту велит им снова и снова перечитывать пьесу, даже не пытаясь декламировать реплики по памяти?
Обучение на основе ошибок открывает возможности и за пределами более эффективного запоминания материала к экзаменам. Оно подчеркивает важность выбора культурных установок в отношении обучения. Традиционные подходы к образованию сосредоточены на результатах: выучен ли материал? В Китае, Индии и других азиатских странах стандартизированные тесты (такие как гаокао – печально известный изнурительный вступительный экзамен в университеты в Китае) используются в качестве критерия успеваемости и оказывают огромное влияние на будущее студента. В Соединенных Штатах итоговые оценки играют более важную роль, чем результаты стандартизированных тестов (особенно для поступления в колледж, а также медицинские и юридические институты), но, чтобы получить высшие оценки, все тесты тоже необходимо сдать хорошо. К сожалению, такие тесты поощряют зубрежку в последний момент: в краткосрочной перспективе результаты от нее улучшаются, а вот на длительный срок информация в голове не задерживается.
Еще мы, похоже, действуем наперекор естественным механизмам мозга по накоплению знаний. Учебный день начинается рано утром, то есть выспаться непросто, а времени на отдых или размышления у учащихся остается мало. Иными словами, мы не позволяем им установить здоровый режим сна и лишаем времени на отдых и восстановление, а потому они не могут воспользоваться мозговыми механизмами обучения, которые позволяют обнаруживать связи и преобразовывать выученное в полезные знания.
В детстве мне всегда казалось, что в школе у меня одна задача – хорошо сдать все тесты. Теперь я вижу, что у нас есть потенциал достичь намного большего. В долгосрочной перспективе выгоднее обучение на основе ошибок, в ходе которого мы не всегда добиваемся успеха. Мы учимся и запоминаем больше, когда с трудом продираемся к границам своих знаний, а не когда заучиваем и по команде механически выдаем заученное. Возможно, вместо того чтобы хвалить за успех, следует нормализовать ошибки и неудачи и поощрять неустанные улучшения. Не стоит делать упор на совершенство – в первую очередь нужно вознаграждать усилия и труд, приложенный к тому, чтобы учиться, а не доказывать, что что-то выучили.