“压缩学习”新机制被揭示

翻开一本新教材，应该从目录看起，还是直接看第一章？不同选择带来的结果有何不同？近日，北京大学心理与认知科学学院罗欢团队、方方团队与先进制造与机器人学院李阿明团队合作，用实验证明了人脑的运作逻辑：大脑接触新知识时先抓关键枢纽，搭起“知识骨架”，此后零散信息便能围绕骨架快速归位整合。 研究团队在实验室造了一个微型“知识世界”：图片是节点，关联概率是连线——像城市路网，有的路口四通八达，有的只有羊肠小道。受试者靠预测下一张图片一步步摸清路网。团队对比了四种路网：规则、随机、小世界以及无标度。无标度网络最像真实城市：少数超级枢纽四通八达，多数节点则连接稀少。结果发现，路网越像真实城市，大脑学得越快。原理在于，不均匀的结构更易压缩，大脑只需锚定那几个枢纽节点，就能高效推演全貌。 基于这一发现，研究团队提出了一种新的学习策略“压缩学习”。三组受试者学习一模一样的内容和时长，唯一区别是顺序：一组从枢纽出发，接触核心节点再向外围扩展；一组从边缘反向推进；一组随机游走。三组起步表现接近，但随着学习深入，从枢纽出发的那组渐渐领先——不仅对枢纽节点的掌握更好，对整个知识网络的把握也全面领先。 罗欢说：“这意味着，那短短的先期接触，已经在大脑中搭起了一副以核心结构为支撑的压缩骨架。此后涌入的新知识不再是散落的碎片，而是被这副骨架迅速抓取、整合、归位。” 方方介绍，脑磁图扫描进一步坐实了这一推断。从枢纽出发的学习者，其大脑中与知识网络结构相关的神经活动模式更加稳定持久；从边缘出发的学习者，该区域对网络结构的编码立起后很快消退。换句话说，差的不在记忆力，而在于大脑有没有抓牢那张“网”。研究团队还构建了“先搭骨架，再整合信息”的两阶段计算模型，成功复现了人类的学习轨迹。 “这项研究的启示在于：高效学习的秘诀不在于灌输更多信息，而在于帮学习者先建立一副能‘连点成线’的‘知识骨架’。对课程编排和教材设计而言，先给学生看目录、讲框架，可能比一头扎进细节更符合大脑的运作规律。”李阿明说。 我们不妨把“知识骨架”想成一座书架，零散的知识点是书，而格子是书与书之间的关系，即分类。我们把格子搭好并分类，新书放进来时就知道放在具体哪一格；没格子，每来一本书都得重新找位置，书一多就容易乱。 更深入的问题是，大脑为啥偏爱“先搭格子”？答案是图省力。零散记N个知识点，要花N次工夫；而我们如果先把几个主干格子搭好，其余的书往里填就行，记几个格子，比记几十本书省时省力多了。大脑天生图省力，能少记就少记。“可压缩”的知识学起来更快，这不是记性好，是其中蕴含技巧。 因此，这项成果告诉大家，下次翻开新教材，别着急一下子扎进第一章，花几分钟翻翻目录，理好框架，效果更好。磨刀不误砍柴工，放在读书上尤其如此。