利維坦按：想要尋找好奇心背後的神經學機制，這就好比要從大腦尋找幸福感從何而來一樣困難——尤其是當我們試圖藉助功能磁共振成像（fMRI）技術來一探究竟的時候。首先，當你看見大腦的某片區域活躍——這個活躍是根據什麼來定義的呢？或者說，什麼叫“顯著”變化？如果大腦的眾多區域每時每刻都顯示出波動性的變化，那麼活躍程度要增加多少才能被判為顯著相關呢？判定的閾值究竟是什麼？畢竟，我們的每個腦區並非僅僅單一執行某一種功能。
其次，從認知心理學角度，我們的好奇心如何定義？在“好奇本質上究竟是一種愉快/不愉快的狀態”問題上，文中兩組實驗數據顯示了相反的結論。這或許和問題設定、數據採集分析等等不確定因素相關，但我覺得更為重要的是，以目前的fMRI技術手段，研究好奇心是確定可行的嗎？也許我們應該改變問題的發問方式——問題並非“究竟是大腦的哪一片區域可以操縱好奇”，更好的問題應該是“大腦是如何形成好奇感的”，是什麼樣的機制和流程導致了好奇感的發生。
文/Mario Livio
譯/斬光
校對/喬琦
原文/nautil.us/issue/52/the-hive/why-curiosity-can-be-both-painful-and-pleasurable
本文基於創作共同協議（BY-NC），由斬光在利維坦發佈
十字架步甲。圖源：Fine Art America
一則達爾文的奇聞趣事完美體現了好奇心的巨大威力。
1828年，達爾文去了劍橋大學讀書，一入校，他就成了一名狂熱的甲蟲收集者。有一天，他扯下了一棵枯樹的外皮，發現了兩隻步甲，然後一手捉了一隻。就在這時，他突然看到了一隻稀有的十字架步甲（crucifix ground beetle）。達爾文一隻都不想放過，於是就把一隻步甲猛地塞進嘴裡，好騰出手去捉那隻稀有的。這場奇葩的冒險結局可不怎麼美妙。達爾文嘴裡的那隻步甲立刻釋放出一股刺激性化學物質，迫使他呸地一聲吐了出來。結果，三隻步甲都趁機逃之夭夭。
儘管結局令人失望，但這個故事的確證明了好奇心那不可阻擋的吸引力。而同時，好奇也可能是一種令人焦慮而不快的體驗。這兩種好奇的狀態能同時存在於大腦中嗎？
2009年的一項試探性研究中，加州理工學院的Min Jeong Kang，Colin Camerer以及他們的同事，使用fMRI探索了好奇心理的神經迴路。他們使用fRMI技術掃描了19個人的大腦，邊掃描邊向他們提出40個冷知識問題。這些問題內容涵蓋各個方面，科學家們精心把它們組合出來，以激起被試對特定知識的不同程度的好奇心。比如，一個問題問道：“
什麼樂器發明出來是為了模擬人的聲音？”再比如，另一個問題：“距太陽最近的恆星叫什麼？”被試按順序挨個閱讀問題，並猜出答案（如果他們不知道答案的話），給自己想要知道正確答案的好奇程度打分，最後評估自己對答案的確信程度。在實驗的第二階段，每個被試再次看到那些問題，只不過這次馬上就給出正確答案。▽
（或許你也很好奇這兩個問題的答案，那麼我就告訴你第一個問題的答案是小提琴，第二個問題的答案是比鄰星。）
結果證明，以對答案的不確定性為橫軸，好奇的程度為縱軸，那麼好奇心是一個倒U形的函數。也就是說，很確定和很不確定的時候，人們都不怎麼好奇，位於二者之間時人們最好奇。
（papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=1308286）
fMRI圖像顯示，當被試報告自己好奇心比較濃時，大腦的左尾狀核（the left caudate）和前額皮質區域（the bilateral prefrontal cortex）被顯著激活了——我們已知，人們在期待犒賞刺激時這兩塊區域會被激活。 通俗地說，這種期待就是一出你渴望已久的好戲大幕拉開之前的那種感覺。也有研究證明，在慈善捐款或者看到壞人惡有惡報之時，左尾狀核也會被激活。事實上，這兩種情境也可歸為犒賞刺激。
圖源：LA Johnson/NPR
這麼一來，Kang和同事們的發現就說明，對知識的好奇心會引發一種對獎勵的期待，這表明，我們的大腦認為，知識和信息的獲取本身就是有價值的。然而，令人驚訝的是，大腦中的伏隔核（the nucleus accumbens）卻沒有在這個實驗中被激活。 人們認為，伏隔核在大腦的犒賞和愉悅迴路中起著中樞作用，也是犒賞期待實驗中最穩定的大腦激活區域。研究者還發現，當正確答案揭曉時，被試大腦中被顯著激活的區域通常與學習、記憶、語言的理解和產出有關，比如額下回。而且，當被試猜錯了答案，後來公佈正確答案時這塊區域的活躍程度尤其厲害。這就說明，如果被試一開始做錯了題，那麼之後他就會對正確答案記得更清楚。
隨後的行為研究實驗證明，在第一輪實驗中表現出來的高度好奇心，使人能在10天之後對那些出人意料的答案回憶得更清楚。這個結果絲毫不令人意外，因為人們通常認為，當一個錯誤被糾正時——尤其是在你特別關心的話題之上——人們所獲得的正確信息更有價值，對於學習的潛在好處也越大。但是，實驗結果的另一方面，即展示正確答案沒有顯著激活大腦中通常被認為是獲得犒賞後被激活的區域，卻多少有些讓人百思不得其解。
此時，我們應該想起，幾乎所有的神經影像學研究都不可避免地受不確定性之苦。雖然fMRI的確能夠顯示出大腦被激活的區域，就本實驗來說，至少那些知識性好奇區域被激活了（也即那些與犒賞期待有關的區域），但是某些被激活的區域功能很廣，比如左尾狀核和前額皮質在許多情況下都會被激活。結果就是，
我們上邊所做的那些推斷，即好奇心和犒賞期待之間的內在聯繫就頗站不住腳了，因為這根本就算不上認知心理學中的可靠證據。
圖源：Behance
為了進一步鞏固自己的研究成果，Kang和合作者們進行了一項附加實驗，用以區分真正的犒賞期待和一般的注意力提升（前人研究證明，注意力提升也能激活左尾狀核）。新實驗包含兩種條件。在第一組中，被試要回答50道問題（比上次實驗的40道還多了10道），手裡有25枚代幣，他可以隨時花掉一枚代幣來獲得某一道題的正確答案。因為代幣的數量恰好是總問題數的一半，這就意味著，被試每在某一道題上花了代幣，就意味著有一道題不能花代幣。
而在第二組中，被試可以決定花5到25秒來等待正確答案出現，也可以毫不等待，立刻跳到下一題並錯過上道題的正確答案。不管是花掉代幣，還是耗費時間等待，被試都付出了一定的成本。結果顯示，花掉代幣和時間與表現出來的好奇心程度強烈相關。由於人們傾向於投資時間和金錢在那些他們認為有回報的事物上，這個結果就相當有力地佐證了這一觀點——好奇心是一種對犒賞的期待。
（journals.sagepub.com/doi/abs/10.1111/j.1467-9280.2009.02402.x）
圖源：New Scientist
總而言之，若不考慮其他可能，Kang和同事們的前沿工作的確證明了，對特定知識的好奇可以看作是一種對於犒賞的期待，只不過這種犒賞是信息。該實驗還附帶證明了，對於很感興趣卻一開始就回答錯誤的問題，後來會把正確的答案記得更清楚。這暗示著好奇心增進了學習的潛力。這些發現為改善教學方法和提升信息交流效率提供了很多重要線索。
與Kang和同事們的重大發現同等重要的是，他們遺留下來的諸多尚待解決的問題。他們僅僅研究了一種好奇心，即所謂的特定知識好奇心，這種好奇心會被一些冷知識一般的問題激發出來。大腦對於其他刺激會有相似的響應嗎？比如新奇、驚喜，或僅僅是想避免無聊。這種響應是否依賴於刺激的形式？比如說，我們閱讀圖片產生的好奇心和閱讀文字產生的好奇心有什麼不同，大腦裡的過程是一樣的嗎？2012年發表的一項研究試圖回答以上某些迷人的問題。
當人們感到好奇的時候掃描他們的大腦，這無疑是一個激動人心的實驗。但你怎麼問出來某人好奇的準確程度呢？要求被試自己評估好奇程度，比如說，1分到5分，肯定會帶來一定程度的主觀隨意性。荷蘭萊頓大學的認知科學家Marieke Jepma和她的團隊採用了一種不同於Kang團隊的挑起被試好奇心的方法。
圖源：WiffleGif
Jepma決定將研究重點集中在感知好奇心上面——一種由新奇、驚喜、模稜兩可的事物或現象挑起的好奇心。他們最終選用了模稜兩可刺激源來煽動好奇心的微微之火，而這種類型的好奇心有多種可能的解釋。Jepma團隊使用fMRI掃描了19位被試的大腦，這些被試正在看各種平常事物的模糊圖片，比如一輛巴士、一臺手風琴，都模糊得難以辨認。為了操縱感知好奇心的觸發和滿足，Jepma和同事們機智地使用了模糊和清晰圖片的4種組合（如下圖所示）：一幅模糊的圖片緊接著一幅對應的清晰圖片；一幅模糊的圖片緊接著一幅毫不相關的清晰圖片；一幅清晰的圖片緊接著一幅對應的模糊圖片；一幅清晰的圖片緊接著一幅完全相同的清晰圖片。
這麼一來，被試就完全無法預判下一幅圖是什麼，也不清楚他們對模糊圖片的真相的好奇心能否得到滿足。（www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3277937/）
每組實驗會先播放一幅圖片5秒鐘，然後等待0.5秒之後播放另一幅圖片。組與組之間間隔1~9秒。圖源：frontiersin.org
Jepma的研究是學界最早嘗試揭示感知好奇心神經迴路的實驗之一，所以實驗結果無疑激起了大家廣泛的興趣，而Jepma也沒讓大家失望。首先，Jepma團隊發現，感知好奇心激活了大腦中已知對不愉快情境敏感的區域（當然，這一區域也會對其他情況敏感）。 這與信息間隙理論（information-gap theory）的預期一致——感知好奇心看起來產生了一種需要未被滿足的負面情感，類似飢渴那種。
第二，研究者發現，感知好奇心的滿足激活了已知的犒賞迴路。這些發現再次與信息間隙理論一致：焦慮狀態標誌著感知好奇心的觸發，通過提供人們渴望的信息來終結或者緩解這種焦慮狀態，會被大腦識別為一種犒賞。簡而言之，處於感知好奇狀態的人有點像是缺衣少食、求之不得，而滿足某人的好奇心則可比作享受了一番好酒好菜、和諧的性愛。
Jepma和合作者們還揭示了第三點有趣的事實：感知好奇心的激發和滿足過程提升了無意記憶（就是那種不刻意去記就記住的東西），該過程伴隨著海馬體的激活，而海馬體一貫被認為與學習有關。這就為如下猜想提供了額外的證據：激發好奇心不僅能夠有力地刺激探索慾望，同時也能增強學習效果。
圖源：Imgur
Jepma和Kang的實驗結果之間的不同之處——而非相同之處——格外發人深思。Jepma的發現與“好奇本質上是一種不愉快的狀態” 相一致（儘管不能說證明了這一點），而Kang的發現與“好奇本質上是一種愉快的狀態”相一致（也稱不上是證明）。我們如何調和這兩種看似水火不容的結論呢？
首先，正如我之前提到的，Jepma的研究方向集中在感知好奇心領域，而這種好奇心的刺激源是模稜兩可、古古怪怪、令人費解的。更準確地說，由模糊圖片激發的好奇心可被描述為特定感知好奇心——因為被試人員對於某幅特定的模糊圖片究竟代表何物感到好奇。另一方面，Kang和合作者用具體的問題激發好奇心並研究這種好奇狀態，他們實質上是在研究特定知識好奇心的根基——人類對於特定知識的智性需求。如此看來，這兩個研究似乎意味著，好奇心的不同側面或者不同機制能夠牽扯到（至少是部分牽扯到）大腦的不同區域，也能夠表現出截然不同的心理狀態。
如果上述推斷得到確認，那麼這種推斷就為Jordan Litman的二元設想提供了證據。Litman認為存在兩種好奇心：一種命名為I-好奇心，這是一種與興趣（Interest）有關的愉快感覺；一種命名為D-好奇心，一種因為沒有獲得特定信息而導致的匱乏感（Deprivation）。結合上述兩人的研究結果以及Litman的概念區分，我們或許能得到一種印象：感知好奇心本質上應該被歸類於D-好奇心，而知識好奇心主要是I-好奇心。
這種區分也與認知科學家Jacqueline Gottlieb、Celeste Kidd、Pierre-Yves Oudeyer提出的猜想一致：“與其使用一種反覆優化的過程來描述……不如說好奇心飽含著一大類機制，既有與新奇、驚喜有關的簡單啟發，又有長時間尺度上對學習進步的衡量。”
這並不一定意味著，不同種類的好奇心調用的是完全不同的腦區。不同類型的好奇心雖然也可能調用一些共同的腦區（比如與期待有關的腦區），但激活的卻是不同的腦回路和神經遞質——而且我們也不要忘了，所有的大腦功能都不是完全孤立的，而是有一定程度的連通性。
圖源：Giphy
然而，與此同時，Jepma的團隊也認識到自己的實驗設計出現了新的瑕疵：只有一半的測試中清晰的圖片會披露出來，這使實驗結果的闡釋變得含糊不清了。具體來說，我們不可能將被試體驗到的兩種不確定性區分開來——一種是對於“模糊圖片究竟是什麼”的好奇心，一種是對於 “下一張圖片究竟會不會是模糊圖片”對應的好奇。
Kang和Jepma實驗中固有的侷限性充分說明了認知心理學和神經科學的研究真是難做。大腦是如此複雜的硬件，心智又是如此構造精巧、令人費解的軟件，這讓那些即便是最精心設計的實驗也免不了留下一些不可預測的漏洞。
但Jepma的實驗仍然給我留下了深刻的印象，我非常好奇是什麼誘發她做了這個實驗，她接下來又做了什麼。“你為什麼要研究好奇心？”我在Skype裡問她。
“我那時正在研究探索未知和利用已知這兩者之間的矛盾，”她解釋道，“如果你已經對某事物知之甚詳，那麼你利用它；如果你對其知之甚少，那麼就探索它。我對於利用和探索引導人類做決策的過程很感興趣。”雖然聽起來是個完美的答案，但她沒有完全回答我的問題，所以我追問道，“然後呢？”
“嗯，我意識到，推動探索的一項主要動機是好奇心，所以我就開始對好奇心感興趣。
令我驚訝的是，雖然好奇心這麼重要，但在神經科學領域裡面，有關好奇心的研究幾近於無。”“你接下來又做了什麼尚未發表的工作？”
她微微一笑。“你怎麼猜到的？我還做了一項初步研究，想要檢驗人們是否會為了滿足好奇心而去忍受肉體疼痛。”
“他們會嗎？”
“不是所有人都願意，”她回答，“但總有一些願意。”
達爾文，這個把甲蟲含進嘴裡的傢伙，毫無疑問名列其中。
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