作者：莉迪婭·登沃斯
這個世界充滿了各種需要學習的事物。那麼從哪裡開始呢？如何選擇需要關注的內容？究竟是什麼在驅使我們尋求新知？人們對學習的渴望一部分源於對新奇事物的偏好：我們傾向於尋求新鮮的信息和體驗，從而豐富自身的知識儲備。與此同時，我們也想減少生活中的不確定性，通過獲取更多信息來獲得食物、安全、人際關係以及其他物質獎勵。如今科學家相信，這些驅動力會結合形成一種更為複雜的激勵，其對人類的學習過程至關重要，讓我們在沒有即時回報的情況下也甘願如此。我們只是好奇，僅此而已。
好奇心原理引發廣泛科研
好奇心有其特定規律：通常來說，我們對於已經略知一二的事物，會想要了解更多。美國加利福尼亞大學伯克利分校神經科學家切萊斯特·基德表示：“不妨把好奇心看作指導我們獲取知識的過程。”我們會在內心追蹤自己學習的效果或進度。當好奇心高漲，學習過程也會更加輕鬆和愉快。在探索世界時，遵循我們的本能似乎可以事半功倍。“如果學習某些東西後，你能體驗到積極的感受，那麼你就會理解學習的樂趣所在，這會激勵下一次學習。”德國蒂賓根大學的教育心理學家村山航表示。
包括基德和村山在內的很多研究者都對好奇心這個議題充滿興趣，他們的研究領域涉及神經科學、教育學、心理學和計算科學等。他們研究的重點並不是將好奇心視為一種個人特質，而是更多地關注好奇心的波動狀態。我們每個人都擁有好奇心，但究竟是什麼激發並維持着好奇心？當我們處於“睜大眼睛、充滿求知慾”這種所謂的好奇狀態時，大腦中發生了什麼？科學家正試圖構建出整個過程，探究大腦如何關注新奇事物，應對不確定性，觸發獎勵神經迴路以及鞏固記憶。在這個過程中，他們開始明白為何好奇心會有如此重大的影響。
有時，好奇心這種本能可能會帶來一些危險——正如西方諺語所言，“好奇心害死貓”。但總體來說，好奇心會激發人們以有益生存的方式進行探索。英國劍橋大學比較心理學家維克托·阿朱翁表示，即使產生好奇心的目的並不明確，收集信息也會讓我們對外部世界建立更為準確的心理模型。阿朱翁主要研究小鼠、金魚和墨魚的好奇心機制，並直言：“這個過程會讓人們在未來獲益匪淺。”
法國波爾多國家信息與自動化研究所的皮埃爾-伊夫·奧德耶表示，將無處不在的好奇心與更長遠的個人發展以及演化相關聯，是一種全新的思路。為自己設定恰當的目標似乎可以增強學習動機，讓學習在挑戰與挫敗之間的“甜蜜點”盛放。俄羅斯教育心理學家列夫·維戈茨基將其稱為“最近發展區”（即處於學習者的學習能力以內，但他們暫時未能理解的知識）。不過人們直到最近才開始關注，大腦認知層面究竟發生了什麼，使得好奇心帶來的驚喜如此豐饒甜蜜。
所有人都知道好奇心為何物。我們通常將其視為一種積極的心理特質，認為它與內在動機、創造力和開放的心態息息相關。早期一些有影響力的思想家就敏銳地捕捉到了好奇心的一些重要切面。1966年，心理學家丹尼爾·伯萊恩提出，好奇心與人的感知有關，比如當我們注意到馬群中出現一匹斑馬時，就會因為視覺上的不協調而產生好奇心。他認為好奇心可以是特定和具體的，也可以是廣泛且多樣的。1994年，美國行為經濟學家喬治·勒文施泰因提出，好奇心是由於大腦想要填補信息空缺而出現的。
基德表示，想要理解好奇心如何發揮作用，也意味着需要理解“人們如何形成對於世界的信念，以及如何改變自己的想法”。更深入地研究好奇心的神經基礎及其扮演的角色，或許能讓教師知道如何設計教學，進而更有效地提高學生的注意力；這也有助於計算機科學家為人工智能（AI）系統編程，使其更高效地學習；此外，它還將有助於減輕一些精神疾病給人類帶來的痛苦。當然，了解如何激發人們對不同人群和多種文化的好奇心，也有可能讓整個世界變得更友善。直至今日，好奇心這一領域都還未受到科學界的廣泛關注，這是因為好奇心很難被清晰定義。所有求知慾都是由好奇心驅動的嗎？在今年早期發表的一篇綜述性論文中，美國弗吉尼亞大學的傑米·伊羅特和同事們提出，真正的好奇心“必須源於內心對信息的渴望”。舉例來說，一個孩子在看到彩虹後詢問“彩虹是怎麼形成的”，很有可能是由於好奇心；但如果他們提出這個問題是為了第二天的科學考試，那就不一定了。想要知道醫學檢測結果也並不是因為好奇心，這種渴望更像是一種恐懼。很多研究者都會將信息搜尋當作一個整體來研究，而不會將其中的好奇心單獨剝離出來。
Torso仿生機器人
收集信息的獎勵
好奇心有時會讓人感到不安甚至痛苦，不過更多時候，好奇心會讓人十分愉悅。比如，人們都不喜歡被劇透，因為這會影響享受劇情緩緩展開的樂趣。如今，我們每個人的口袋裡都隨身攜帶着“數字資料庫”，一旦出現令人頭疼的問題，我們很難抵抗住不去立刻查找答案的衝動。一些研究者通過評估人們搜索答案的衝動，來衡量“話到嘴邊，呼之欲出”感覺的強度——這種感覺會增強好奇心。他們還形象地將這種感覺稱為“輕微的煎熬感”。
或許對答案的期待正是讓人感到愉悅的原因。好奇心水平越高，參與釋放多巴胺的腦區（如紋狀體）的活動水平也會越高，而多巴胺正好是與獎勵感受最相關的神經遞質。美國哥倫比亞大學朱克曼研究所認知神經科學家傑奎琳·戈特利布表示：“好奇心與多巴胺之間的關聯似乎印證了這是一種內在獎勵，以及一種激勵因素。”
為了驗證“信息本身就是一種獎勵”這一假設，神經科學家需要展示大腦如何區分物質獎勵和信息。這類研究最開始是在猴子身上進行的。美國明尼蘇達大學神經科學家本傑明·海登的研究團隊設計了一項實驗。在實驗中，他們會給猴子喂水作為獎勵，並讓猴子有機會提前得知是否會有獎勵。他們發現猴子們在多達80%～90%的情況下會選擇提前了解信息，甚至願意為了獲取信息而放棄更大的獎勵。海登表示，猴子們實際上是在表達：“我實在太好奇了，我現在就想知道這個信息。”
根據美國哥倫比亞大學朱克曼研究所博士後研究員、心理學家珍妮弗·巴塞爾的一項研究，小鼠似乎也有同樣的傾向。在猴子和小鼠的大腦中，眶額皮層的神經元會參與決策的早期階段，它們會分別對喝水獎勵和能預測獎勵的線索（即信息）作出不同反應。眶額皮層神經元會將水量等細節信息編碼為自變量，用於稍後的比較分析，這有點像是將細節作為原材料納入後續的選擇過程中。
“關於學習新知識和收集信息，可能存在一種演化層面的驅動力。因為對於自然界的動物來說，信息在99%的情況下都是有用的。”巴塞爾說，“從演化上講，動物需要激勵才願意在捕食者可能出現的情況下走出洞穴。”如果大腦建立了一種將收集信息和減少不確定性視為獎勵的系統，那問題就迎刃而解了。
好奇心的感知機制
根據美國華盛頓大學聖路易斯分校神經科學家伊利亞·蒙諾索夫及其團隊在2024年發表的一項研究，人類中腦的一處精微而古老的神經結構——外側韁能反映好奇心在演化上的重要意義。這一腦區負責處理眶額皮層神經元編碼的初級信息，能將各有價值的信息與物質獎勵進行整合，評估潛在動機的相對重要性。蒙諾索夫表示：“在日常生活中，我們其實很少僅基於物質獎勵（例如金錢）或次級獎勵（例如搜尋的信息）來做決定。”相反，我們的大腦會進行複雜的比較分析，權衡自身的具體需求和好奇心。比如，我現在是應該上床睡覺以確保睡眠充足，還是看完這本偵探小說？
大腦的其他部分也在處理不確定性。在2024年的一項研究中，戈特利布及其研究團隊通過讓參與者觀察一組包含動物和無生命物體的圖像（例如海象和帽子），來探索好奇心的感知機制。通過神經元信號，大腦能將有生命的物體與無生命的物體明確區分開，戈特利布將其稱為“條形碼機制”，他和同事希望可以有效利用人腦中的這種識別機制。實驗提供的圖像清晰度各有不同，從易於識別逐漸變為完全無法理解。當人們確信自己所看到的東西時，大腦視覺區域的條形碼就會閃爍出清晰的信號：這意味着參與者已經判斷出了看到的對象是有生命的還是無生命的。然而，當人們不確定看到的物體時，信號則會介於有生命和無生命的狀態之間。當這些視覺區域的信號到達前額皮層（負責決策的腦區）時，便會觸發自信或好奇心。“大腦視覺區域感受到的不確定性越高，參與者表達出的好奇心就越強。”戈特利布解釋道。
好奇心也會激活記憶迴路，幫助大腦更好地保留新信息。一項發表於2014年的研究進行了這樣的實驗：研究者會詢問參與者一些日常瑣碎的問題，並讓他們評估對答案的好奇程度。例如“披頭士樂隊的哪首單曲霸榜時間最長”或者“地球上唯一已知的方形樹榦生長在哪裡”。接着參與者需要在功能性磁共振成像設備中等待14秒鐘，才能獲得答案。在等待期間，參與者會看一些中性、沒有情緒傾向的人臉圖像。這項研究發現，人們更容易記住那些激發他們好奇心的問題的答案。奇怪的是，他們也更容易回憶起和這些問題配對出現的人臉圖像。大腦成像顯示，在這一期間，參與者的大腦海馬活動增強，而海馬對構建記憶至關重要。該研究的第一作者、英國卡迪夫大學首席研究員馬賽厄斯·格魯伯將好奇心比作一個“漩渦”：它不僅會讓大腦記住想知道的內容，還會吸入這一內容周圍的附加信息。
凡是被孩子們詢問過一連串“為什麼”的成年人都知道，孩子們擁有強大的好奇心。根據基德的研究，好奇心神經迴路中的基本元素，在生命早期似乎就已經存在了。基德說，對嬰兒好奇心的研究表明，這些神經迴路早已準備好在一生中引導他們獲取知識。嬰兒會最大限度地從環境中學習，似乎能意識到意料之外的事件都可能是機會。他們對信息量大的刺激有強烈偏好——人臉會比玩具卡車更有吸引力，而語言會比非人類的聲音更具魅力。嬰兒對任何新鮮事物都充滿好奇，即使是還不會說話的嬰兒都能意識到自己的知識不足。基德發現，當兒童感到不確定時，他們會繼續嘗試學習更多知識，並把學到的知識都儲存起來。然而一旦他們覺得自己理解了這些東西，就會對其失去興趣。
在2012年一項頗具影響力的研究中，基德和同事向7～8個月大的嬰兒展示了物品從盒子中彈出來的動畫場景。她使用眼動追蹤儀測量了嬰兒的注意力被這些場景吸引的時間，發現他們更喜歡那些複雜程度中等的情景，那些不太容易預測但略帶驚喜的情景效果最佳。研究者將這一現象稱為“金髮姑娘效應”，即人們傾向於選擇“剛剛好”或適中的挑戰。
好奇心主題插圖
最高效的學習方式
那些複雜程度中等的信息通常具有恰到好處的趣味性，作為學習的原材料再合適不過。而這也是一個讓我們得以採用更容易理解的方式補充欠缺的知識的機會。為了驗證“學習過程是好奇心拼圖中的一部分”，奧德耶採取了一種非同尋常的方式——將好奇心引入計算機領域。
當然，計算機肯定不具有好奇心，它們只是由電線、電機和傳感器組成的電子系統。2016年，計算機AlphaGo在圍棋比賽中戰勝了曾獲18次世界圍棋冠軍的李世石，一時間成為國際新聞頭條。這台計算機依賴的正是輸入的大量數據和最領先的檢索功能。隨着AI技術飛速發展，許多人開始思考是否有更好的方法來讓計算機學習複雜的事物。一種可能的方式便是賦予計算機好奇心，或者說通過編程來模擬由好奇心驅動的思維模式——這正是奧德耶及其團隊所做的研究。
他們開發的Torso仿生機器人，其包括頭部、手臂和軀幹在內的整個上半身皆為藍色，被固定在一個木製底座上，底座上裝有兩個操縱桿。它經過編程後可以通過與各種物體玩耍，來學習物體之間的相互作用，也可以像兒童一樣探索周圍的環境。而在其一旁的咖啡桌上有一個圓形的競技場，邊界四周圍繞着燈光，裡面放着一個網球和一個名為Ergo的檯燈狀小機器人。
不同於人類和其他動物，機器人被編程後可以模擬一個理想主體的各種行為，能用於測試各種關於人類如何進行探索的流行理論和假設。我們是否會追蹤預測誤差——即我們猜測的結果在多大程度上正確或是錯誤？是的，人會如此，但是一個按照編程指令做事的機器人，可能因為多種原因而被無關緊要的動作分散注意力。想象一下，一個機器人可能會在窗前反覆揮舞手臂，想要了解自己每一次擺臂與窗外經過的汽車顏色之間的關係。我們會關注新奇或不確定性嗎？人會如此，但對於機器人來說，如果缺少其他的一些動機，就可能會出現隨機且無序的行為。
當研究者以“滿足好奇心”為目標對Torso進行編程後，它的學習速度和效率得到了極大提升。Torso會做出各種動作，感知周遭環境的變化，並且會按照指示主動尋找兩者之間的關聯。Torso的任務是主動尋找學習的機會，並順其自然地作出反應。“基本上，我們只是告訴它唯一目標是試着找到那些你能取得進步的目標。”奧德耶表示。實際上，隨着Torso的知識儲備不斷增長，它就像在說，“嗯，這挺有意思的，讓我們來嘗試一下”。這種行為本質上是藉助算法來表現強化學習或練習。“一個孩子需要通過不斷練習才能學習。”奧德耶說，“是什麼讓他勤學苦練呢？就是動機系統。好奇心是生物體內動機系統的基本維度之一，推動着生物不斷探索和學習新事物”。
經過這樣編程後，Torso首先會頻繁地移動左手。然後，它發現了左側操縱桿的存在，並開始朝前後左右移動它。最終，它發現了移動操縱桿與Ergo小機器人運動之間存在關聯，而Ergo運動又會引髮網球的運動。此外，網球的移動會使體育場的燈光從藍色變為黃色，再變為粉紅色。經過大約15至20個小時的探索後，Torso理解了如何讓Ergo朝各個方向移動，如何移動網球，以及如何點亮體育場的燈光。令研究者驚訝的是，Torso甚至發現了Ergo類似“燈罩”的手臂末端可以蓋住網球，從而有效地將球藏起來，隨後它也真的這麼做了。
這些實驗證實了好奇心與學習之間存在一個正反饋循環。“不妨專註於那些既不是很簡單但也不太困難的學習活動，這些活動能夠讓你的學習速度得到最大提升，並且會逐步引導你進入一個越來越複雜但可以持續的學習活動中。”奧德耶說。Torso的學習進程和兒童學習使用工具或語言的成長軌跡十分相似。隨着大腦不斷發育，個體對好奇心的處理方式也變得愈發複雜。2024年，一項針對100多名4歲兒童的調查研究發現，他們在玩觸摸屏遊戲時，會同時依靠學習進度和遊戲中的新奇元素，來積極探索遊戲。而格魯伯的研究表明，與年幼的兒童相比，青少年能夠更好地處理認知衝突（即不確定性），以及利用前額葉皮層的高級腦區來評估接收到的信息。
“相比之下，我們更願意觀看對一些角色和情節已經有所了解的劇集，而不是全新的內容。”基德說。即便在那些可以因好奇心而獲得報酬的研究中，參與者對於超出這個令人滿意的心理狀態的事物，也不會產生太多好奇心。然而，當他們好奇心被激發，深入沉浸在任務中時，學習進程會自然而然地引導他們前進。
2021年，在一項發表於《自然·通訊》的研究中，奧德耶、戈特利布以及同事們製作了一套在線遊戲，共有4款。每款遊戲中都有數個怪獸家族，它們的身材、顏色和眼睛數量各不相同。玩家在遊戲中的任務是發現隱藏規則，揭示每個怪物家族喜歡吃八種食物中的哪一種。最簡單的遊戲只有單維規則：高個子怪獸家族的成員喜歡比薩，矮個子家族則偏愛西蘭花。另外兩款遊戲的規則更複雜，也更難掌握。例如，一款遊戲有雙重規則，那些有三隻眼的高個子怪獸喜歡比薩，而只有兩隻眼的矮個子怪獸則喜歡西蘭花。最後一款遊戲則沒有任何既定規則，它完全隨機且無法學習。
研究顯示，近400名遊戲玩家在熟悉遊戲規則後，會監測自己的正確率和隨時間推移的進步情況。戈特利布表示：“顯而易見，真正有價值的是學習。”換句話說，相比於高確定性（即遊戲結果），從低確定性到高確定性的轉變才更有價值，可以帶來新的學習和進步。而好奇心恰好能幫助我們實現這一轉變。
好奇心研究意義重大
好奇心也會隨着時間推移而發生變化。雖然傳統觀點認為，隨着年齡增長，人們的好奇心會逐漸減弱。但研究顯示，一個更準確的說法是，好奇心會隨着人們逐漸了解世界而發生變化。當你走進巴黎盧浮宮時，是選擇快速瀏覽所有展廳以確定不會錯過最受歡迎的展品，還是更想在一個展區沉浸欣賞一個小時？村山表示，我們的選擇很可能會受到年齡的影響。在一項針對近500名倫敦科學博物館參觀者（年齡在12歲到79歲之間）的研究中，他發現年輕人的選擇範圍更廣，而老年人的選擇範圍較小但會更深入。村山表示，老年人在公民科學展覽中觀看的主題數量更少，但了解到的信息會更多。“老年人擁有更多的知識，而知識確實是好奇心的驅動力之一。”
隨着科學家更深入地了解好奇心背後的機制，他們也能更好地理解一些精神健康障礙。因為在這些疾病患者的大腦中，和好奇心相關的神經迴路可能受到了干擾。例如，抑鬱症患者的好奇心就受到了抑制，而對於強迫症患者來說，減少不確定性的慾望勝過一切。這項研究對課堂教學也有重要意義。眾所周知，好奇心對學生的學習興趣和效果有着十分積極的影響。社會各界正在從多個方向發力，用各項新的研究成果來增強學生的學習興趣和學習效果。2024年，法國政府開始在小學生中實施一種新的教育技術：根據每個小孩想學習的內容，利用AI程序生成個性化問題。其中採用的技術主要基於奧德耶的研究。與此前由教師手工編寫的教材相比，由AI設計的學習材料更能有效提高學生的學習效率和積極性，因為它們完全建立在每個學生自身的興趣之上。
還有一些方法可以有效提高成年人的好奇心。一些研究者正在開發一些基於學習進展的項目，以幫助老年人訓練他們的各種注意力技能。基德說，我們每一個人都可以有效利用這片學習的“膏腴之地”。她說：“擁有一些知識會讓獲取更多知識變得更容易，即使只是了解到這一點也是有益的。它可以讓你安靜地坐下來，更加專註於手中第一本為你打開新領域大門的書。”
（圖文由《環球科學》雜誌社供稿）
《光明日報》（2025年04月10日 14版）
來源： 光明網-《光明日報》
