●在人类面临人工智能严峻挑战的今天，提供了一个再次激发人类潜力的学习方式。

●基于人脑有效学习的四大核心支柱，为教育的应用构建了底层逻辑。

●解答了人脑相较于现行人工智能的独特优势。为人类与人工智能互学习、共进化指明了方向,为教育、学习、医学等知识行业、人工智能研究带来了关键应用指导。

●名家译作。华东师范大学教育神经科学研究所副主任、《教育生物学杂志》执行主编周加仙领衔翻译！

●大师推荐。中国科学院院士杨雄里，中国科学院院士唐孝威倾情做序。清华大学基础科学讲席教授、北京智源人工智能研究院首xi科学家刘嘉，北京师范大学认知神经科学与学习国家重dian实验室教授、长江学者特聘教授薛贵，复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长王守岩，北京大学心理与认知科学学院副教授、博士生导师孟祥芝，北京师范大学教授、博士生导师，儿童脑智发育与学习促进研究领域专家李燕芳倾情推荐！

●湛庐文化出品。

●在以超大模型为基石的人工智能如ChatGPT的出现的今天，各类知识不仅唾手可得、且其专业性可与一般专家比肩。在人类历史上，恐怕从没有像今天这样，如此急迫地需要重新定义学习。

●《精准学习》打破了神经生物学、计算机科学和认知心理学的边界，为我们揭示了人脑的自然学习法则，阐释了人脑的学习能力相较现行人工智能的优势，提出了高xiao学习的4大核心支柱。迪昂用丰富且富有创新性的实验及示例，将深奥难懂的认知与脑科学知识，以大众看得懂的方式娓娓道来。为人工智能、教育、医学领域带来关键应用指导，提供了一个再次激发人类潜力的学习方式。

●如果你是教育工作者和家长，这本书让你直达顺应孩子学习天性的本源，掌握指导孩子学习的根本法则；如果你是终身学习者，这本书能让你明白学习的底层逻辑，重新认识学习，从而更好地学习、提高学习效率；如果你是认知神经科学领域工作者或人工智能行业从业者，那更要赶快拿起这本书，跟随迪昂，踏上探索人类学习奥秘的旅程，去发现人脑学习原理与人工智能的共性和差异。

精彩书评

在对智力的纷繁定义中，学习无疑是zui核心的认知成分。而学习的对象，理所当然就是知识。但是，以超大模型为基石的人工智能如ChatGPT的出现，让各类知识不仅唾手可得，而且它的专业性可与一般专家比肩。于是，以知识为生的程序员、律师、医生等“知识分子”第yi次面对可能失业的窘境，而“书中自有黄金屋”的古人智慧也将过时。不学知识，那我们应当学什么？在人类的历史上，恐怕从没有像今天这样，我们如此急迫地需要重新定义学习的对象！认知神经科学家迪昂教授的《精准学习》提供了一个再次激发人类潜力的学习方式。由此，人类与人工智能互学习、共进化。

清华大学基础科学讲席教授，北京智源人工智能研究院首xi科学家刘嘉

学习是智能的核心，也是人脑zui伟大的才能。但什么才是真zheng的学习？迪昂站在心理学、脑科学、人工智能和教育学的交汇处，系统阐述了对学习的理解、人脑相较于AI在学习上的独特优势，并提出了促进人脑学习的科学方法。如果你也渴望理解、提升或者创造智能，一定不能错过这本书。

北京师范大学认知神经科学与学习国家重dian实验室教授，长江学者特聘教授薛贵

阅读这本书也是学习理论和反思实践经验的过程，不断反思自己学习的历程、教育孩子的过程、指导学生的教学方法，是对自我的反思以及重新认识个体与世界关系的过程。这本书对于认识我们大脑的神奇学习能力、发展新的教育方法与理论，以及思考如何发展具有学习能力的人工智能深有启发。

复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长王守岩

迪昂博士是擅长打破边界的神经科学大师，他总有办法将人脑研究领域中碰到的复杂困境分解成可被理解的细致图像。在《精准学习》中，迪昂深刻阐释了人脑的学习机制及高xiao学习的普适原则，精辟谈论了为什么人脑的学习能力比现行人工智能更强。本书为教育、神经科学、人工智能等领域带来了关键指导。

北京大学心理与认知科学学院副教授、博士生导师孟祥芝

斯坦尼斯拉斯;迪昂不仅是神经科学领域的领军者，还是一名杰出的思想传播者。在《精准学习》中，迪昂详细阐释了人脑学习的基本机制，将深奥难懂的脑科学知识用大众读得懂的通俗语言娓娓道来。《精准学习》是人脑如何学习的jue佳入门读物，将让每一个关注脑与学习的读者获益无穷。

北京师范大学教授、博士生导师，儿童脑智发育与学习促进研究领域专家李燕芳

有些概念虽然我们特别熟悉，但对它的定义却是模糊不清的，“学习”就是这样的一个概念。它很普遍，每个人都在学习，然而，它又像是一个黑匣子。迪昂打开了它，揭示了里面令人敬畏的秘密……迪昂在《精准学习》这本书中对人脑的基本机制做了系统的解释。它是一本ji好的、让大众了解大脑如何学习的入门读物。

《纽约时报》

对于教育工作者、家长和其他对如何有效学习感兴趣的人来说，《精准学习》都是一本极富启发性的书。

《出版人周刊》

推荐序1架设起脑科学与教育的桥梁

推荐序2人脑具有非凡的学习能力

导言人脑中最伟大的才能:学习能力

第一部分 什么是学习

第1章 学习的7个定义

学习就是调整心理模型的参数

学习是在利用组合爆炸

学习就是将错误降到最低

学习就是探索各种可能性

学习是—种优化的奖励函数

学习限定了搜索空间

学习是投射先验假设

第2章 为什么人脑的学习能力比目前的人工智能机器更强

人工智能缺少了什么

学习是对领域语法的推理

学习就是像科学家—样推理

第二部分 人脑如何学习

第3章 看不见的婴儿知识

物体概念

数感

对概率的直觉

关于动物和人的知识

面孔感知

语言本能

第4章 脑的诞生

婴儿的脑是组织有序的

语言通路

皮层的自组织

个体差异的起源

第5章 养育的作用

记忆的描述

真实突触和虚假记忆

营养是学习的核心要素

突触可塑性的能力与局限

什么是敏感期

突触的可塑性必须被打开或关闭

布加勒斯特奇迹

第6章 脑的再利用

神经元再利用假说

数学再利用了估算的神经回路

阅读再利用了视觉和口语的神经回路

音乐、数学和面孔

丰富的环境刺激所带来的益处

第三部分学习的四大核心支柱

第7章 注意

警觉:脑的觉醒

定向:脑的过滤器

执行控制:脑的总机

学会去注意

共同关注

教学是去关注别人的知识

第8章 主动参与

被动的有机体无法学习

加工的深度越深，学习的效果越好

发现教学法的失败

好奇心以及如何去激发它

想要知道:动机的源泉

学校可能扼杀孩子好奇心的三个方法

第9章错误反馈

惊讶:学习背后的驱动力

脑中充斥着错误信息

错误反债并不等于惩罚

分数是错误反债的糟糕替代品

自我检测

黄金法则:间隔学习

第10章 巩固

释放脑资源

睡眠的关键作用

沉睡的脑会重演前—天的轨迹

睡眠期间的发现

睡眠、童年和学校

结论教育与神经科学的“联姻”

致谢

注释

译后记

第一部分什么是学习

从本质上讲，智能可以被视为将非结构化的信息转化为有用的、可操作的知识的过程。

—德米斯 ; 哈萨比斯( Demis Hassabis )，人工智能公司 DeepMind 创始人

什么是学习？在拉丁语系的许多语言中，“学习”与“理解”有着相同的词根：法语为 apendre，西班牙语和葡萄牙语为 aprender……的确，学习就是抓住现实的一个碎片，捕捉它并将它带进我们的脑。在认知科学中，学习是在脑中逐步形成外部世界的内部模型。通过学习，那些触动我们感官的原始数据被转换成经过深思熟虑之后产生的想法，抽象到足以在新的场景下被重复使用，成为描绘现实的微缩模型。

脑和机器中这样的内部模型是如何生成的？在接下来的章节里，我们将回顾人工智能和认知科学关于这个问题的研究。当我们学习时，信息的表征形式是如何变化的？我们如何才能在任何有机体、人类、其他动物或机器所共有的水平上理解它呢？通过回顾工程师为了让机器学习而设计的各种策略，我们将逐步勾勒出婴儿在学习看、说和写时必须进行的惊人计算能力的清晰图景。事实上，正如我们将要看到的那样，婴儿的脑拥有非凡的能力：尽管目前的学习算法取得了成功，但它也仅仅捕捉到了人脑能力的一小部分而已。通过了解机器为什么不能理解“隐喻”，以及

人脑的什么地方使婴儿胜过了最强大的计算机，我们就能准确地定义学习是什么了。

第 1 章 学习的7个定义

什么是学习？我的第一个，也是最笼统的关于学习的定义是：学习是在脑中形成外部世界的内部模型。

你可能没有意识到，但是你的脑已经存储了数以千计的外部世界的内部 模型。它们就像微缩模型，或多或少地忠于它们所代表的现实。打个比方，我们所有人的脑中都有一张关于自己家和附近街区的思维地图。我们要做的 就是闭上眼睛，调动思维来回想它们。当然，没有人生来就拥有这种思维地 图，我们必须通过学习来获得它。

这类心理模型非常丰富，而且绝大多数是在无意识中生成的，超出了 我们的想象。例如，你有一个庞大的英语心理模型帮助你理解你所阅读的 词语，你可以猜测出来 plastovski 不是英语单词、swoon 和 wistful 是，而 dragostan 有可能是。你的脑中还有多个有关身体的模型，用于绘制你四肢 的位置，并引导它们保持平衡。某些模型编码了你对物体的认知和你与他们 的互动，比如如何握笔、写字或骑自行车。你的脑中甚至还有记录别人思想 的模型，类似一个庞大的心理目录，里面有与你关系密切的人的信息，包括他们的外形、声音、品味和他们的怪癖。这些模型可以对我们周围的“宇宙”进行非常逼真的模拟。你有没有注意到，你的脑有时会投射出最真实的虚拟世界，在那里，你可以走动、跳舞、去到新的地方、进行愉快的对话或者感受到强烈的情感？这些都是你的梦境！令人着迷的是，我们梦境中出现的所有想法，无论它们多么复杂，都只是我们内在心理模型随意呈现的产物。

我们醒着的时候也在做真实世界的梦，脑不断地向外界投射假设和解释构成的框架。这是因为透射到我们视网膜上的每一个影像都是模棱两可的。例如，每当我们看到一个盘子时，投射到视网膜上的影像就与无限多的椭圆形兼容。我们看到的盘子是圆形的，事实上原始的感官数据是椭圆形，这是因为我们的脑提供了额外的数据，它已经了解到圆形是最有可能的解释。在幕后，我们的感官区域在不停地计算概率，只有最可能的模型才会进入我们的意识。正是脑的投射赋予来自我们感官的数据流以意义。假如没有内部模型，原始的感官输入是没有任何意义的。

学习使我们的脑能够抓住之前被遗漏的现实片段，并利用它来构建新的世界模型。这个现实片段可以是历史、生物学或城市地图等任何真实世界的存在。但我们的脑也会学习绘制我们身体内部的现实情况，就像我们学习协调我们的动作、集中注意力去拉小提琴一样。在这两种情况下，我们的脑都将一个新的外在现实内化了进来，它调整自己的回路，以适应一个之前没有接触过的领域。

当然，这样的调整必须恰到好处。学习的内核就在于它适应外部世界和纠正错误的能力。但是，当学习者在家附近迷路、从自行车上摔下来、输掉一盘棋或者拼错ecstasy时，他的脑怎么“知道”如何去更新内部模型呢？我们接下来将讲述7个关键的观点，它们是当今机器学习算法的核心。这些观点同样适用我们脑的学习，是对“学习”的7个不同定义。

我们脑中最伟大的才能:学习能力

2009年9月，一个不同寻常的孩子彻底改变了我的学习观念。我当时正在参观巴西利亚的莎拉医院(Sarah Hospital)。这是一家神经康复中心，白色建筑的设计灵感来自奥斯卡;尼迈耶(Oscar Niemeyer)，我的实验室已经与他们合作了大约10年。医院的主任露西娅;布拉加(Lucia Braga)带我去见了她的患者费利佩，一个只有 7 岁的小男孩。费利佩从出生起有一半的时间都是在医院的病床上度过的，露西娅向我讲述了他 4 岁时在大街上被枪击的全部过程。不幸的是，这在巴西并不少见。流弹切断了他的脊髓， 使他近乎瘫痪。子弹还破坏了他大脑的视觉区域：费利佩完全失明了。为了帮助费利佩呼吸，医生为他做了气管切开术。3年多来，费利佩一直住在病房里，被禁锢在他僵硬不动的身体这个“棺材”里。

在去往费利佩病房的走廊里，我为自己将要面对一个残缺的孩子做了很多心理准备。然后我见到了他……费利佩和其他 7 岁的孩子一样，是个可爱的小男孩—健谈，活力十足，对每件事都充满好奇。他的语言表达流畅、词汇量丰富，还淘气地问我一些关于法语单词的问题。我了解到费利佩一直对语言充满热情，他会说葡萄牙语、英语和西班牙语。费利佩从不错过丰富自己三语词汇量的机会。虽然双目失明、卧床不起，但费利佩热衷于写小说，沉浸在自己的幻想中，医院团队鼓励他走这条路。仅仅几个月的时间，他就学会了向助理医师口述自己的故事，然后使用联结电脑和声卡的特殊键盘自己记录下了这些故事。儿科医生和语言治疗师轮流陪在他的床边，把他的作品转译成了盲人专用的点字书，书中还配有浮雕插图。他自豪地用手指—他仅剩的一点触觉，摸着这些插图。费利佩在故事中讲述了他永远没有机会看到的英雄、山脉和湖泊，他和其他小男孩一样梦想着这些。

与费利佩的会面深深地触动了我，也驱使我更深入地研究人脑中最伟大的才能：学习能力。这个孩子的存在本身就对神经科学构成了挑战。人脑的认知能力是如何抵御如此剧烈的环境变化的呢？既然我们的感官体验截然不同，为什么费利佩和我会有相同的想法呢？人脑是如何对相同的概念达成共识的？这几乎与如何学习以及何时学习这些概念无关。

许多神经科学家都是经验主义者：他们与英国启蒙运动哲学家约翰 ;洛克(John Locke)一样，认为脑只是从环境中汲取知识。这种观点认为，大脑皮层回路的主要特性是它们的可塑性，即它们适应输入的能力。事实上，神经细胞拥有一种非凡的能力—根据接收到的信号不断调整它们的突触。然而，如果这是大脑的主要驱动力，小费利佩被剥夺了视觉和运动输入后就应该变成一个严重受限的人，那他又是靠什么神奇的力量发展出完全正常的认知能力的呢？

费利佩的情况绝不是个例。很多人都听过海伦 ;凯勒的故事，她 1 岁多时因病丧失了视力和听力，然而，在经历了多年与周围世界隔绝的生活后， 她不仅学会了手语，还成了杰出的教育家和作家。1接下来的内容中，我们会认识许多这样的人，希望他们能从根本上改变你的学习观。伊曼纽尔 ;吉鲁( Emmanuel Giroux)就是其中之一，他 11 岁双目失明，后来成长为一名顶尖的数学家。吉鲁借用圣 ;埃克苏佩里(Saint_Exupeacute;ry)的作品《小王子》 ( The Little Prince)中的狐狸的话说：“在几何学中，本质的东西是用肉眼看不见的。只有用心，你才能看得清楚。”这位盲人在看不见的情况下，是如何在代数几何的抽象空间中畅游，操纵平面、球体和体积的呢？我们会发现，他和其他数学家使用的是相同的神经回路，而他的视皮层尤其活跃，实际上已经改变功能去学习数学了。

我还将向你介绍尼科，一位年轻的画家。他在参观巴黎的玛摩丹美术馆 时，完美临摹了莫奈的著作《日出》(见彩图 1 )。这有什么特别之处吗？并 没有，他只是用他仅存的左脑就完成了这个任务—他的右脑在 3 岁时几乎 被完全切除！尼科的大脑学会了将他的所有才华都挤进左脑：像常人一样说 话、写作和阅读，甚至学会了绘画，而绘画通常被认为是右脑的功能。此外 他还学会了计算机科学和轮椅击剑，并在这项运动比赛中夺得了西班牙的冠 军。忘掉别人曾经告诉你的两个脑半球功能各异的观点吧。尼科的经历证 明，任何人都可以在右脑缺失的情况下成为一名有创造力和才华的艺术家！ 人脑的可塑性似乎可以创造奇迹。

我们还参观了布加勒斯特臭名昭著的孤儿院，那里的孩子从出生起就被 遗弃了。然而，他们当中在一两岁之前被收养的孤儿都能正常上学和社交。

这些例子都证明：人脑具有非凡的韧性。即使遭受严重创伤，如失明、 大脑半球被切除或失聪，也无法熄灭大脑学习的火花。语言、阅读、数学、艺术，所有这些人类独一无二的、其他灵长类动物所不具备的才能，都能抵御这些严重的损伤。人脑具有极强的可塑性—通过学习自我改变、适应环境。当然，我们也会发现迥然不同的反例。在这些反例中，学习似乎没有任何进展，停滞不前。想想失读症患者，他们一个字都读不出来。我临床研究过几位成年患者，他们都曾是优秀的阅读者，但在他们遭受了轻微的中风、伤及一小块脑区之后，他们连“狗”或“垫子”这样简单的字词都无法认识和理解。我记得一位才华横溢、会讲三种语言的女士，她曾是法国《世界报》(Le Monde)的忠实读者，在她的脑部受伤后，报纸的每一个文字对她来说都像复杂的希伯来语，这一事实让她痛不欲生。她遭受的伤痛有多深，重新学习阅读的决心就有多强烈。然而，经过两年坚持不懈的努力，她的阅读能力仍然停留在幼儿园孩子的水平：读一个单词需要好几秒钟，必须逐个字母阅读，每个单词都读得磕磕巴巴。她为什么无法学会阅读呢？为什么有些存在阅读困难、计算困难或运用障碍的孩子在阅读、计算或书写方面会表现出类似的、令人绝望的状态，而有些孩子却在这些领域得心应手呢？

人脑的可塑性似乎是“喜怒无常”的：有时它可以克服巨大的困难，有时它又会让原本积极性很高、智力很高的儿童和成年人连生活都无法自理。这取决于特定的神经回路吗？这些神经回路是不是随着时间的推移失去了可塑性？可塑性可以重新开启吗？管理它的规则是什么？人脑是如何做到从人类出生到青年时期都高效运行的？什么样的算法可以让我们的神经回路形成对世界的表征呢？了解它们能帮助我们更好、更快地学习吗？我们能否从大脑汲取灵感，以制造更高效的机器和人工智能，最终模仿甚至超越人类？这些都是本书试图以多学科视角为基础，引用大量认知科学、神经科学以及人工智能与教育领域的最新科学发现，来回答的一些问题。