無忌，我教你的還記得多少？

張無忌學太極劍，不記招式，只是細看劍招中“神在劍先，綿綿不絕”之意。看完一路劍法，已忘記了一小半。低頭默想之後，已忘記了一大半。再看張三丰演練一遍，再經沉思玩味，終於忘得乾乾淨淨。當全部忘記之時，也是學成之時，綞以之力克強敵。由記得轉化為有如本能一般，終能不受原來招式所限，隨意出招自成章法。

近日，有研究表明，金庸老先生“心有拘囿，劍法便不能純”的說法其實是有科學道理的。儘管我們都認為大腦的接受能力看起來是無窮無盡的，你在任何時候都可以嘗試學習新的東西，但是透過觀察大腦在學習時候的狀態，我們驚訝地發現其實神經網路可能不像我們以為的那麼靈活和高效。

智力的一大標誌就是學習能力。過去幾十年的研究告訴我們，大腦具有極強的“可塑性”，意味著腦部神經能夠為了適應新的刺激而重新架構他們的連線。但卡耐基梅隆大學和匹茲堡大學的研究人員最近發現大腦中有一個很強的侷限性，阻礙了我們學習新鮮事物。大腦確實是很靈活且接受能力很強的，但是短時間內，它的學習方式卻很低效，而這個低效來源於它在學習時總是不斷地從神經元庫裡啟用已存在的技能而不是建立新的知識框架。

“我打壁球的時候，動作依然很像在打網球。” 這個專案的負責人之一的卡內基梅隆大學生物醫學工程師和神經科學家ByronYu如此說到。Yu已經打了很多年的網球，與網球不同的是，壁球球拍更短，速度更快，更難射門。然而在壁球比賽中，他仍然不自覺的會使用網球的打法，舊的習慣在人身上根深蒂固，相信大家也深有體會，大腦對舊舊習慣的粘性太強以至於阻礙了我們接受新的事物。

如今，根據YU和他的團隊基於人在學習的時候腦部神經變化的觀察，他們已經找到了這種學習粘滯性是由於神經層面缺乏可塑性的證據。這個團隊的發現也許可以為我們揭示為什麼有的東西顯得更難學。

幾年前，Yu和他們的實驗室成員開始使用腦機介面（BCI）作為神經科學探索的工具。這些裝置的晶片和指甲蓋差不多大，可以一次追蹤大腦運動皮層中100個神經元的電活動。透過監測穿過單個神經元的電壓尖峰序列隨著時間的推移的變化情況，BCI可以計算後透過“尖峰速率”來表徵任務執行過程中每個神經元的行為。

Yu對記者說：“你可以想象一下挖掘這些大腦活動的資料有多困難。人類的眼睛是無法識別這些微妙的圖案特徵的。”但是內置於晶片中的高階統計分析可以做到，現有的模式可以用來識別當測試物件進行特定移動的意圖相關的神經活動。舉個例子，當你想要上下左右移動你的手臂的時候，系統就可以識別你的腦部神經變化。

然後研究人員就可以透過BCI的輸出，把特定運動的神經變化資訊轉換為計算機螢幕上游標的方向來加以控制。在多次的實驗和失敗之後，團隊終於實現人或動物可以透過這個介面，用思維來控制游標的移動。比如你想象一下自己左臂在動，游標就被移到左邊。

當Yu，Batista和他們的同事們監測猴子的運動皮層時，他們反覆進行簡單揮手的測試，他們發現神經元並非獨立反射。被測量的100個神經元的反應可以統計歸類為10種，這些神經元以不同的方式激勵或抑制其他神經元。相反，被測的100個神經元的行為可以用大約10個神經元進行統計描述，這些神經元對其他神經元有不同的刺激或抑制作用。在研究人員的分析中，這個結果表現為一組繪製的點，這些點只填充了一個100維的資料空間的小體積。

神經元

卡內基梅隆大學生物醫學工程教授Steven Chase說：“我們一直在呼籲［容量］是基於內在多樣性的，因為我們認為這是大腦固有的東西。” “這個空間的維度高度是這些神經元可以做什麼的基礎。”

2014年，研究人員觀察到，如果測試物件學習新東西的時候如果學習任務屬於內在流形就比外在流形容易學的多。Yu說，這個結果是很有價值的，因為屬於內在流形的任務對大腦的需求與潛在的神經結構一致。完成這項研究後，該團隊將研究方向轉到了學習期間神經活動如何變化的問題上，他們在最近發表於Nature Neuroscience 的一篇論文中寫到：

在研究過程中，研究人員首先讓配備了BCI的靈長類動手能熟練操縱游標左右移動。然後，團隊切換了移動游標的神經活動要求，並等待看到什麼樣的新模式的神經活動，對應於內在流形中的新點，動物還是會用原來的辦法來完成任務。

研究人員期待發現動物在學習的時候能自發地開啟一個新的模式，他們將這個過程命名為“重組”。該研究專案中的一名博士後Matthew Golub說，“由於固有模式的限制，“重組””才是最好的學習策略。”或者，他們猜想猴子的大腦會經過一個“重新縮放”的過程來進行學習，這個過程指的是參與原始學習的神經元的峰值速率會被增大或是抑制，直到建立起新的學習模式。

但出乎意料的是，不論是“重組”還是“重新縮放”都沒有出現，反倒是出現了一種極其低效的方式，他們將其稱為“重新關聯”。實驗動物透過重複原有的神經模式和交換任務來學習新的東西。

“然而，在新的場景下，它也只是簡單重複它過去的模式。”Golub告訴記者。

為什麼大腦採取的不是最佳的策略？該研究團隊的發現表明，正如神經元的結構將活動限制在內在流型，一些更深層次的因素也阻礙了實驗過程中神經元的重組。Batista認為，神經元之間的突觸連線很難在短時間內完成快速重組。“其塑性比我們想象中的更弱，”他說，“學著如何遺忘。大腦總是偏向於固有模式。”

Chase將運動皮層比作老式的電話交換機，神經連線像電纜一樣將其他皮質輸入的資訊連線到小腦中輸出。他說，在他們的實驗中，大腦“只是重新排列所有電纜” - 儘管這些行為意義上的細微差別仍然未知。

“一個比較粗暴的快速學習的方式就是改變大腦皮層的輸入。”Yu說，但是他也同時也提醒我們注意，實驗過程只是檢測了大腦在學習1~2小時的神經元變化，還無法為“重新關聯”下定論，也許這只是大腦短時間學習的一個策略，說不定在更長一段時間後，“重組”或是“重新縮放”的模式將會開啟。

如果是這樣的話，也許就能解釋新手和專家在遇到自己感興趣的資訊時反應的不同。“新手學習他們接觸的，專家鞏固他們已知的。我們的發現也許就是這個典型現象的神經學基礎。”