被動學習：更快培養技能的秘訣

: By 羅伯特詹寧斯，InnerSelf.com

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學習一項新技能通常需要透過反覆試驗積極練習，同時獲得有關您表現的回饋。然而，科學家發現，即使沒有直接訓練或回饋，被動接觸相關資訊也可以促進學習。

加州大學柏克萊分校的研究人員最近在學習聲音分類的小鼠中證明了這種效應。他們發現，在主動訓練之前或期間被動接觸聲音可以幫助老鼠學得更快。科學家也建立了模擬大腦神經網路的電腦模型，展示了被動暴露如何改變感官訊息的表達方式，並使其更容易與正確的反應聯繫起來。

結果發表於神经，提供對結合被動學習和主動學習的更有效的訓練方法的見解。這種混合方法可以幫助成人和兒童學習現實世界的技能，例如樂器訓練或語言習得。

關鍵要素：努力、實踐和回饋

學習新的感知技能需要積極做出有關任務的決策並獲得有關這些選擇的回饋。假設您正在嘗試更好地將聲音分類為高頻或低頻。你會聽音調，猜測它們聽起來是高還是低，並被告知你的選擇是否正確。這種閉環的選擇、回饋和調整過程訓練了大腦的決策迴路。

被動地聽到背景聲音對這個主動學習過程沒有幫助。你不會做出任何決定，也不會被告知你是對還是錯。但人類和其他動物每天都會不斷接觸感官訊息，即使不是刻意練習某種技能。加州大學柏克萊分校的科學家想知道大腦是否會機會性地利用這種被動暴露。

過去的研究暗示被動學習

研究人員受到先前研究的啟發，這些研究表明，早期接觸聲音可以促進動物聽覺系統的發展。在有某些重複聲音的環境中長大的小老鼠後來能夠更好地辨別相似的聲音。

對於成年人來說，一些研究也表明，將被動聽力課程與聽覺任務的主動訓練交替進行可以促進學習。然而，人們對成熟動物模型中的被動暴露與主動學習如何相互作用知之甚少，而主動學習可以提供更多的生物學見解。

加州大學柏克萊分校團隊意識到機器學習也可能提供一些線索。電腦科學家發現，首先在大型未標記資料集上預訓練神經網路模型可以使他們以更少的訓練範例更快地學習標記任務。聽覺系統可能會採用類似的技巧，首先使用被動暴露於未標記的聲音來優化其內部世界模型，從而啟動任務學習。

被動聆聽後小鼠學得更快

研究人員開始使用經過訓練來檢測聲音模式的小鼠來系統地測試被動聲音暴露是否可以增強主動聽覺類別學習。

小鼠必須將短的音高變化音調分類為頻率的上升或下降。他們透過將鼻子伸進測試室的左側或右側端口來表明自己的選擇。經過多次日常訓練，小鼠對聲音的準確分類能力越來越強。

科學家將接受標準訓練的小鼠組與其他兩組進行了比較。一組在主動訓練之前透過在家中的籠子裡播放背景聲音來獲得額外的被動聲音暴露。另一組小鼠在整個主動學習階段而不是在開始時聽到被動的聲音。

在這兩種情況下，暴露於額外被動聲音的小鼠都表現出學習速度加快。它們比僅接受主動訓練的小鼠更快達到峰值分類表現。這表明被動聲音暴露可以增強成熟哺乳動物的主動聽覺技能學習。

神經網路模型模擬生物學習

為了了解哪些機制可能允許被動暴露帶來行為上的學習益處，研究人員建立了模擬聽覺系統中的神經處理和學習的計算模型。

他們測試了從簡單的線性分類器到多層神經網路的不同架構。一些模型僅利用監督學習，其中網路連接根據訓練期間模型輸出和準確標籤之間的匹配進行調整。在無監督預訓練中添加了其他模型，在將輸出連結到標籤之前捕獲未標記輸入資料結構中的模式。

研究人員發現，多層神經網路本質上是根據被動聲音輸入進行無監督特徵檢測，然後進行監督微調，最符合小鼠的學習表現。這些模型指出，被動暴露會導致感官表徵的重組，從而實現更有效的主動學習。

交錯效果最佳

除了表明被動暴露可以加速學習之外，實驗還表明，在整個訓練過程中交替播放聲音可以比僅在開始時被動聆聽更快地掌握。進一步的計算建模透過驅動被動模型更新和主動模型更新的學習規則之間的一致性來幫助解釋這一結果。

當同時發生時，神經連接中無監督和有監督的轉變相互結合，迅速磨練表徵以實現卓越的性能。研究人員發現，只需幾次交錯的被動會話就可以與最初幾天的被動暴露一樣有效。

因此，當拿起吉他或開始聽外語磁帶時，不要立即直接投入硬核練習。請務必用被動聆聽來補充您的日常主動訓練。您的大腦會吸收這些聲音，您將在更短的時間內實現學習目標。

這種將被動接觸與主動學習相結合的方法為利用我們大腦的自然學習過程更快地掌握現實世界的技能提供了一個秘訣。研究動物和人工智慧如何學習新任務的科學家們不斷發現利用標記和未標記資料的最佳訓練計畫。然而，這項研究透過揭示一種促進學習的方法來幫助生物或數位大腦取得成績。

關於作者

羅伯特·詹寧斯 (Robert Jennings) 與妻子瑪麗·T·拉塞爾 (Marie T Russell) 共同出版了 InnerSelf.com。他曾就讀於佛羅里達大學、南方技術學院和中佛羅里達大學，研究房地產、城市發展、金融、建築工程和基礎教育。他是美國海軍陸戰隊和美國陸軍的成員，曾在德國指揮野戰砲兵連。在 25 年創辦 InnerSelf.com 之前，他在房地產金融、建築和開發領域工作了 1996 年。