的 大腦 在 學習 預測 下 一 個 事件 。 突然之間 ， 這 個 音 變成 A A A A A # 。 你 的 主要 聽覺 皮質區 馬上 顯現 一 個 很 強 的 驚訝 反應 ： 不只 是 適應 馬上 褪去 ， 更多 的 神經元 加入 ， 劇烈 的 活化 以 對 這 個 出乎意料 的 音 作 反應 。 這裡 要 注意 的 是 ， 並 不 是 重複 出現 就 會 形成 適應 ， 重點 在 你 能不能 預測 這些 音符 的 出現 。 例如 ， 假使 你 聽到 的 是 A B A B A ， 你 的 大腦 就 習慣 這 個 A B 交替 出現 ， 那麼 你 聽覺 皮質 的 活動 也 會 減低 ； 但是 假如 你 聽到 的 是 A B A B B 時 ， 因為 最後 一 個 B 不 在 預期 中 ， 它 就 會 引發 驚訝 反應 。 8 __UNDEF__ 你 的 聽覺 皮質 好像 在 做 簡單 的 計算 ： 它 用 前 一 個 來 預測 下 一 個 的 出現 。 當 一 個 音 或 一 組 音 重複 出現 ， 聽覺 皮質 會 下 未來 也 會 重複 的 結論 。 這 個 策略 很 有用 ， 因為 它 使 我們 不必 對 一直 重複 的 無聊 刺激 太 注意 （ 譯註 ： 這 是 為什麼 父母 的 嘮叨 沒有用 ， 講 太多 遍 反而 聽 不 見 ） 。 任何 一 個 重複 的 聲音 在 輸入 時 就 被 壓扁 了 ， 因為 它 的 神經 活動 被 正確 的 預期 所 抵消 。 當 輸入 的 感覺 訊號 完全 符合 大腦 預期 ， 它們 之間 的 差異 是 零 時 ， 就 沒有 任何 錯誤 訊號 傳播到 高層次 的 大腦 區域 ， 大腦 的 預期 會 把 輸入 的 感官 訊號 壓下去 ， 兩 者 相 抵消 ； 但是 任何 違反 大腦 預期 的 刺激 會 被 放大 。 所以 ， 聽覺 皮質 的 迴路 好 像 一 個 過濾器 ： 只有 在 訊息 是 驚訝 、 出乎意料 之外 時 ， 才 會 被 轉呈 到 高層次 的 皮質 去 處理 。 大腦 區域 無法 解釋 的 輸入 會 被 轉送 到 高 一點 的 層次 ， 看看 能不能 被 處理 。 我們 知道 大腦 皮質 是 一 個 階層性 的 預測 系統 ， 每 一 層次 都 會 想 去 解釋 輸入 的 訊息 ， 再 把 錯誤 的 訊號 跟 其他 層次 交換 ， 以期 得到 比較 好 的 結果 。 例如 ， 聽到 C C G 時 ， 聽覺 皮質 送出 一 個 低層次 的 錯誤 訊號 ， 因為 G 跟 前 兩 個 C 不同 。 高 一點 的 層次 可能 聽出 原來 它 是 「 一 閃 一 閃 亮晶晶 」 （ Twinkle , Twinkle , __UNDEF__ Little Star ） 這 首 歌 的 旋律 ， 所以 G 所 引發 的 驚訝 很 快 消失 ， 這 個 G 雖然 是 新 的 ， 但是 它 沒有 激發 下 前額葉 皮質 （ inferior prefrontal cortex ） 任何 驚訝 ， 因為 下 前額葉 皮質 登錄 了 整 首 歌 的 旋律 。 不過 C C C 的 重複 也 可能 出現 相反 的 效果 ， 因為 它 很 單調 ， 所以 在 早期 的 聽覺 皮質 區域 沒 能 激發 任何 錯誤 訊號 ， 但是 在 高 一點 的 層次 就 產生 驚訝 了 ， 因為 高層次 知道 這 首 歌 的 旋律 ， 它 預期 下 個 音 是 G ， 結果 卻 來 了 個 C 。 彌猴 跟 我們 人類 很 像 ， 牠們 聽覺 處理 也 是 有 兩 個 層次 ： 個別 的 音 在 聽覺 皮質 處理 ， 旋律 在 前額葉 皮質 處理 。 9 __UNDEF__ 大腦 的 每 一 個 區域 都 有 像 這樣 的 錯誤 訊號 。 整 個 皮質 的 神經元 會 適應 重複 和 可 預測 的 事件 ， 當 驚訝 事件 發生 時 ， 他們 會 增加 發射 。 一 個 出乎意料 的 影像 會 激發 視覺 皮質區 的 大量 活動 。 10 句子 中 出現 不 正常 的 字 ， 則 會 激活 語言 區 ， 如 下面 這 個 句子 ： __UNDEF__ 「 I prefer to eat with a fork and a camel. 」 （ 我 吃飯 用 叉子 和 駱駝 ） __UNDEF__ 大腦 會 出現 一 個 N400 波 （ 刺激 出現 後 四百 毫秒 時 產生 的 負波 ） ， 這 是 一 個 錯誤 訊號 ， 因為 字 或 影像 跟 前面 的 句意 或 情境 不符 。 11N400 波 通常 會 出現 在 對 字意 敏感 的 左顳葉 。 在 下 前額葉 皮質 的 布羅卡區 則 是 對 錯誤 的 文法 敏感 。 當 大腦 預期 某 個 類別 的 字 ， 結果 卻 收到 另 一 個 字 時 12 ， 如 下列 句子 ： __UNDEF__ 「 Don't hesitate to take your whenever medication you feel sick. 」 （ 你 覺得 不 舒服 不要 猶豫 吃 你 任何 時候 的 藥 。 ） __UNDEF__ 這 次 ， 在 “whenever ” 出現 後 六百 毫秒 ， 大腦 跟 文法 有關 的 地方 會 送出 一 個 正波 P600 ， 波峰 在 六百 毫秒 的 地方 ， 這 表示 你 的 大腦 偵察到 一 個 文法 的 錯誤 ， 在 想 辦法 修補 它 。 這 個 預期 和 錯誤 訊號 迴路 在 報酬 迴路 中 看 得 最 清楚 。 13 多巴胺 迴路 不但 對 實際 的 報酬 起 反應 ， 還 不停 的 期待 。 製造 和 分泌 多巴胺 的 神經元 是 在 腹 側 被蓋區 （ ventral tegmental area ） ， 它們 不但 對 性交 、 食物 和 飲水 起 反應 ， 它們 還 對 預期 的 報酬 和 實際 得到 報酬 之間 的 差異 ， 即 預測 錯誤 起 反應 ， 所以 如果 一 個 動物 無 預警 地 突然 得到 一 項 報酬 ， 比如 一 滴 糖水 ， 這 個 愉快 的 驚訝 會 使 神經元 發射 。 但是 假如 糖水 之前 先 有 一 個 訊號 告訴 動物 報酬 來 了 ， 那麼 同樣 的 糖水 就 不會 引發 任何 反應 。 現在 是 訊號 本身 引起 多巴胺 神經元 的 活動 了 ： 學習 把 反應 移到 比較 靠近 預測 報酬 的 訊號 。 因為 有 這 個 預測 學習 的 機制 ， 武斷 的 訊號 才 能 成為 報酬 載體 ， 並 激發 多巴胺 的 反應 。 錢 對 人類 或是 毒品 針頭 對 上癮 者 來 說 就 是 這 種 第二 級 （ secondary ） 報酬 效應 ， 這 兩 者 都 會 使 大腦 預期 報酬 的 到來 。 我們 在 第一 章 中 談到 ， 這 種 預測 訊號 對 學習 非常 有用 ， 因為 可以 使 系統 批判 自己 ， 不必 等待 外在 確定 就 能 知道 一 個 行為 是 成功 抑或 失敗 。 這 是 為什麼 批評 建構 （ actor –critic ） 即 一 個 神經 網路 學習 去 批評 另 一 個 神經 網路 的 行為 ， 現在 會 普遍 用 在 人工 智慧 上 以 解決 最 複雜 的 問題 ， 如 學習 下 圍棋 。 得出 一 個 預測 、 偵察 出 一 個 錯誤 和 自我 校正 是 有效 學習 的 基礎 。 錯誤 回饋 不 等於 處罰 __UNDEF__ 我 一直 感到 很 不解 ， 為什麼 老師 們 ， 尤其 是 教 科學 的 老師 ， 不能 理解 學生 __UNDEF__ 可能 聽 不 懂 。 很少 老師 會 去 深入 了解 為什麼 學生 會 犯錯 、 無知 和 粗心 。 — 加斯東 ． 巴修拉 （ Gaston __UNDEF__ Bachelard , 《 The __UNDEF__ Formation __UNDEF__ of the __UNDEF__ Scientific Mind 》 ， 一九三八 ） __UNDEF__ 我們 如何 利用 神經元 不停 在 交換 的 錯誤 訊號 ？ 孩子 或 大人 若 想 有效 學習 ， 他們 的 環境 （ 不論 是 父母 、 學校 、 大學 …… 或是 電玩 遊戲 ） 一定 要 能 提供 他們 快速 正確 的 回饋 。 當 學生 接到 詳細 的 錯誤 回饋 ， 告訴 他們 在 哪裡 犯 了 錯 ， 應該 要 怎麼 做 才 是 對 的 時候 ， 他們 的 學習 可以 很 快 並且 不 費力 的 進步 。 提供 學生 快速 且 精確 的 錯誤 回饋 ， 老師 就 能 給 他們 很多 訊息 去 改正 他們 的 錯誤 。 在 人工 智慧 裡 ， 這 種 學習 叫做 「 監督 的 」 （ supervised ） 學習 ， 這 種 學習 最 有效 ， 因為 它 使 機器 可以 快速 找到 失敗 原因 ， 然後 修補 它 。 有 一 點 很 重要 ， 就 是 這 種 錯誤 回饋 絕對 不 是 處罰 。 我們 不 處罰 人工 神經 網路 ， 我們 只是 告訴 它 哪裡 錯 了 。 我們 提供 最 大 訊息量 的 訊號 ， 告訴 它 錯誤 的 性質 和 標記 。 從 這 個 方面 來 講 ， 電腦 科學 和 教材 教法 其實 是 一模一樣 的 ， 澳洲 教育 專家 哈帝 （ John Hattie ） 所 做 的 後設 分析 （ 又 名 整合 分析 〔 meta-analyses 〕 ） 很 清楚 地 指出 ， 學生 所 接收到 的 回饋 品質 是 決定 他們 學業 成功 的 因素 之 一 。 14 設立 清楚 的 學習 目標 ， 讓 學生 慢慢 的 去 達成 目標 ， 不要 誇大 他們 不可 避免 的 錯誤 是 成功 的 關鍵 。 其實 好 老師 早 就 知道 這 一 點 了 ， 他們 每 一 天 都 見證 那 句 羅馬 格言 ： 「 是 人 就 會 犯錯 」 （ errare humanum est 〔 to err is human 〕 ） 。 有 愛心 的 眼睛 會 仁慈 看待 學生 的 錯誤 ， 因為 他們 了解 沒有 人 會 不 犯錯 就 學 得 會 。 老師 知道 他們 要 找出 學生 覺得 困難 的