利维坦按：想要寻找好奇心背后的神经学机制，这就好比要从大脑寻找幸福感从何而来一样困难——尤其是当我们试图借助功能磁共振成像（fMRI）技术来一探究竟的时候。首先，当你看见大脑的某片区域活跃——这个活跃是根据什么来定义的呢？或者说，什么叫“显著”变化？如果大脑的众多区域每时每刻都显示出波动性的变化，那么活跃程度要增加多少才能被判为显著相关呢？判定的阈值究竟是什么？毕竟，我们的每个脑区并非仅仅单一执行某一种功能。
其次，从认知心理学角度，我们的好奇心如何定义？在“好奇本质上究竟是一种愉快/不愉快的状态”问题上，文中两组实验数据显示了相反的结论。这或许和问题设定、数据采集分析等等不确定因素相关，但我觉得更为重要的是，以目前的fMRI技术手段，研究好奇心是确定可行的吗？也许我们应该改变问题的发问方式——问题并非“究竟是大脑的哪一片区域可以操纵好奇”，更好的问题应该是“大脑是如何形成好奇感的”，是什么样的机制和流程导致了好奇感的发生。
文/Mario Livio
译/斩光
校对/乔琦
原文/nautil.us/issue/52/the-hive/why-curiosity-can-be-both-painful-and-pleasurable
本文基于创作共同协议（BY-NC），由斩光在利维坦发布
十字架步甲。图源：Fine Art America
一则达尔文的奇闻趣事完美体现了好奇心的巨大威力。
1828年，达尔文去了剑桥大学读书，一入校，他就成了一名狂热的甲虫收集者。有一天，他扯下了一棵枯树的外皮，发现了两只步甲，然后一手捉了一只。就在这时，他突然看到了一只稀有的十字架步甲（crucifix ground beetle）。达尔文一只都不想放过，于是就把一只步甲猛地塞进嘴里，好腾出手去捉那只稀有的。这场奇葩的冒险结局可不怎么美妙。达尔文嘴里的那只步甲立刻释放出一股刺激性化学物质，迫使他呸地一声吐了出来。结果，三只步甲都趁机逃之夭夭。
尽管结局令人失望，但这个故事的确证明了好奇心那不可阻挡的吸引力。而同时，好奇也可能是一种令人焦虑而不快的体验。这两种好奇的状态能同时存在于大脑中吗？
2009年的一项试探性研究中，加州理工学院的Min Jeong Kang，Colin Camerer以及他们的同事，使用fMRI探索了好奇心理的神经回路。他们使用fRMI技术扫描了19个人的大脑，边扫描边向他们提出40个冷知识问题。这些问题内容涵盖各个方面，科学家们精心把它们组合出来，以激起被试对特定知识的不同程度的好奇心。比如，一个问题问道：“
什么乐器发明出来是为了模拟人的声音？”再比如，另一个问题：“距太阳最近的恒星叫什么？”被试按顺序挨个阅读问题，并猜出答案（如果他们不知道答案的话），给自己想要知道正确答案的好奇程度打分，最后评估自己对答案的确信程度。在实验的第二阶段，每个被试再次看到那些问题，只不过这次马上就给出正确答案。▽
（或许你也很好奇这两个问题的答案，那么我就告诉你第一个问题的答案是小提琴，第二个问题的答案是比邻星。）
结果证明，以对答案的不确定性为横轴，好奇的程度为纵轴，那么好奇心是一个倒U形的函数。也就是说，很确定和很不确定的时候，人们都不怎么好奇，位于二者之间时人们最好奇。
（papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=1308286）
fMRI图像显示，当被试报告自己好奇心比较浓时，大脑的左尾状核（the left caudate）和前额皮质区域（the bilateral prefrontal cortex）被显著激活了——我们已知，人们在期待犒赏刺激时这两块区域会被激活。 通俗地说，这种期待就是一出你渴望已久的好戏大幕拉开之前的那种感觉。也有研究证明，在慈善捐款或者看到坏人恶有恶报之时，左尾状核也会被激活。事实上，这两种情境也可归为犒赏刺激。
图源：LA Johnson/NPR
这么一来，Kang和同事们的发现就说明，对知识的好奇心会引发一种对奖励的期待，这表明，我们的大脑认为，知识和信息的获取本身就是有价值的。然而，令人惊讶的是，大脑中的伏隔核（the nucleus accumbens）却没有在这个实验中被激活。 人们认为，伏隔核在大脑的犒赏和愉悦回路中起着中枢作用，也是犒赏期待实验中最稳定的大脑激活区域。研究者还发现，当正确答案揭晓时，被试大脑中被显著激活的区域通常与学习、记忆、语言的理解和产出有关，比如额下回。而且，当被试猜错了答案，后来公布正确答案时这块区域的活跃程度尤其厉害。这就说明，如果被试一开始做错了题，那么之后他就会对正确答案记得更清楚。
随后的行为研究实验证明，在第一轮实验中表现出来的高度好奇心，使人能在10天之后对那些出人意料的答案回忆得更清楚。这个结果丝毫不令人意外，因为人们通常认为，当一个错误被纠正时——尤其是在你特别关心的话题之上——人们所获得的正确信息更有价值，对于学习的潜在好处也越大。但是，实验结果的另一方面，即展示正确答案没有显著激活大脑中通常被认为是获得犒赏后被激活的区域，却多少有些让人百思不得其解。
此时，我们应该想起，几乎所有的神经影像学研究都不可避免地受不确定性之苦。虽然fMRI的确能够显示出大脑被激活的区域，就本实验来说，至少那些知识性好奇区域被激活了（也即那些与犒赏期待有关的区域），但是某些被激活的区域功能很广，比如左尾状核和前额皮质在许多情况下都会被激活。结果就是，
我们上边所做的那些推断，即好奇心和犒赏期待之间的内在联系就颇站不住脚了，因为这根本就算不上认知心理学中的可靠证据。
图源：Behance
为了进一步巩固自己的研究成果，Kang和合作者们进行了一项附加实验，用以区分真正的犒赏期待和一般的注意力提升（前人研究证明，注意力提升也能激活左尾状核）。新实验包含两种条件。在第一组中，被试要回答50道问题（比上次实验的40道还多了10道），手里有25枚代币，他可以随时花掉一枚代币来获得某一道题的正确答案。因为代币的数量恰好是总问题数的一半，这就意味着，被试每在某一道题上花了代币，就意味着有一道题不能花代币。
而在第二组中，被试可以决定花5到25秒来等待正确答案出现，也可以毫不等待，立刻跳到下一题并错过上道题的正确答案。不管是花掉代币，还是耗费时间等待，被试都付出了一定的成本。结果显示，花掉代币和时间与表现出来的好奇心程度强烈相关。由于人们倾向于投资时间和金钱在那些他们认为有回报的事物上，这个结果就相当有力地佐证了这一观点——好奇心是一种对犒赏的期待。
（journals.sagepub.com/doi/abs/10.1111/j.1467-9280.2009.02402.x）
图源：New Scientist
总而言之，若不考虑其他可能，Kang和同事们的前沿工作的确证明了，对特定知识的好奇可以看作是一种对于犒赏的期待，只不过这种犒赏是信息。该实验还附带证明了，对于很感兴趣却一开始就回答错误的问题，后来会把正确的答案记得更清楚。这暗示着好奇心增进了学习的潜力。这些发现为改善教学方法和提升信息交流效率提供了很多重要线索。
与Kang和同事们的重大发现同等重要的是，他们遗留下来的诸多尚待解决的问题。他们仅仅研究了一种好奇心，即所谓的特定知识好奇心，这种好奇心会被一些冷知识一般的问题激发出来。大脑对于其他刺激会有相似的响应吗？比如新奇、惊喜，或仅仅是想避免无聊。这种响应是否依赖于刺激的形式？比如说，我们阅读图片产生的好奇心和阅读文字产生的好奇心有什么不同，大脑里的过程是一样的吗？2012年发表的一项研究试图回答以上某些迷人的问题。
当人们感到好奇的时候扫描他们的大脑，这无疑是一个激动人心的实验。但你怎么问出来某人好奇的准确程度呢？要求被试自己评估好奇程度，比如说，1分到5分，肯定会带来一定程度的主观随意性。荷兰莱顿大学的认知科学家Marieke Jepma和她的团队采用了一种不同于Kang团队的挑起被试好奇心的方法。
图源：WiffleGif
Jepma决定将研究重点集中在感知好奇心上面——一种由新奇、惊喜、模棱两可的事物或现象挑起的好奇心。他们最终选用了模棱两可刺激源来煽动好奇心的微微之火，而这种类型的好奇心有多种可能的解释。Jepma团队使用fMRI扫描了19位被试的大脑，这些被试正在看各种平常事物的模糊图片，比如一辆巴士、一台手风琴，都模糊得难以辨认。为了操纵感知好奇心的触发和满足，Jepma和同事们机智地使用了模糊和清晰图片的4种组合（如下图所示）：一幅模糊的图片紧接着一幅对应的清晰图片；一幅模糊的图片紧接着一幅毫不相关的清晰图片；一幅清晰的图片紧接着一幅对应的模糊图片；一幅清晰的图片紧接着一幅完全相同的清晰图片。
这么一来，被试就完全无法预判下一幅图是什么，也不清楚他们对模糊图片的真相的好奇心能否得到满足。（www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3277937/）
每组实验会先播放一幅图片5秒钟，然后等待0.5秒之后播放另一幅图片。组与组之间间隔1~9秒。图源：frontiersin.org
Jepma的研究是学界最早尝试揭示感知好奇心神经回路的实验之一，所以实验结果无疑激起了大家广泛的兴趣，而Jepma也没让大家失望。首先，Jepma团队发现，感知好奇心激活了大脑中已知对不愉快情境敏感的区域（当然，这一区域也会对其他情况敏感）。 这与信息间隙理论（information-gap theory）的预期一致——感知好奇心看起来产生了一种需要未被满足的负面情感，类似饥渴那种。
第二，研究者发现，感知好奇心的满足激活了已知的犒赏回路。这些发现再次与信息间隙理论一致：焦虑状态标志着感知好奇心的触发，通过提供人们渴望的信息来终结或者缓解这种焦虑状态，会被大脑识别为一种犒赏。简而言之，处于感知好奇状态的人有点像是缺衣少食、求之不得，而满足某人的好奇心则可比作享受了一番好酒好菜、和谐的性爱。
Jepma和合作者们还揭示了第三点有趣的事实：感知好奇心的激发和满足过程提升了无意记忆（就是那种不刻意去记就记住的东西），该过程伴随着海马体的激活，而海马体一贯被认为与学习有关。这就为如下猜想提供了额外的证据：激发好奇心不仅能够有力地刺激探索欲望，同时也能增强学习效果。
图源：Imgur
Jepma和Kang的实验结果之间的不同之处——而非相同之处——格外发人深思。Jepma的发现与“好奇本质上是一种不愉快的状态” 相一致（尽管不能说证明了这一点），而Kang的发现与“好奇本质上是一种愉快的状态”相一致（也称不上是证明）。我们如何调和这两种看似水火不容的结论呢？
首先，正如我之前提到的，Jepma的研究方向集中在感知好奇心领域，而这种好奇心的刺激源是模棱两可、古古怪怪、令人费解的。更准确地说，由模糊图片激发的好奇心可被描述为特定感知好奇心——因为被试人员对于某幅特定的模糊图片究竟代表何物感到好奇。另一方面，Kang和合作者用具体的问题激发好奇心并研究这种好奇状态，他们实质上是在研究特定知识好奇心的根基——人类对于特定知识的智性需求。如此看来，这两个研究似乎意味着，好奇心的不同侧面或者不同机制能够牵扯到（至少是部分牵扯到）大脑的不同区域，也能够表现出截然不同的心理状态。
如果上述推断得到确认，那么这种推断就为Jordan Litman的二元设想提供了证据。Litman认为存在两种好奇心：一种命名为I-好奇心，这是一种与兴趣（Interest）有关的愉快感觉；一种命名为D-好奇心，一种因为没有获得特定信息而导致的匮乏感（Deprivation）。结合上述两人的研究结果以及Litman的概念区分，我们或许能得到一种印象：感知好奇心本质上应该被归类于D-好奇心，而知识好奇心主要是I-好奇心。
这种区分也与认知科学家Jacqueline Gottlieb、Celeste Kidd、Pierre-Yves Oudeyer提出的猜想一致：“与其使用一种反复优化的过程来描述……不如说好奇心饱含着一大类机制，既有与新奇、惊喜有关的简单启发，又有长时间尺度上对学习进步的衡量。”
这并不一定意味着，不同种类的好奇心调用的是完全不同的脑区。不同类型的好奇心虽然也可能调用一些共同的脑区（比如与期待有关的脑区），但激活的却是不同的脑回路和神经递质——而且我们也不要忘了，所有的大脑功能都不是完全孤立的，而是有一定程度的连通性。
图源：Giphy
然而，与此同时，Jepma的团队也认识到自己的实验设计出现了新的瑕疵：只有一半的测试中清晰的图片会披露出来，这使实验结果的阐释变得含糊不清了。具体来说，我们不可能将被试体验到的两种不确定性区分开来——一种是对于“模糊图片究竟是什么”的好奇心，一种是对于 “下一张图片究竟会不会是模糊图片”对应的好奇。
Kang和Jepma实验中固有的局限性充分说明了认知心理学和神经科学的研究真是难做。大脑是如此复杂的硬件，心智又是如此构造精巧、令人费解的软件，这让那些即便是最精心设计的实验也免不了留下一些不可预测的漏洞。
但Jepma的实验仍然给我留下了深刻的印象，我非常好奇是什么诱发她做了这个实验，她接下来又做了什么。“你为什么要研究好奇心？”我在Skype里问她。
“我那时正在研究探索未知和利用已知这两者之间的矛盾，”她解释道，“如果你已经对某事物知之甚详，那么你利用它；如果你对其知之甚少，那么就探索它。我对于利用和探索引导人类做决策的过程很感兴趣。”虽然听起来是个完美的答案，但她没有完全回答我的问题，所以我追问道，“然后呢？”
“嗯，我意识到，推动探索的一项主要动机是好奇心，所以我就开始对好奇心感兴趣。
令我惊讶的是，虽然好奇心这么重要，但在神经科学领域里面，有关好奇心的研究几近于无。”“你接下来又做了什么尚未发表的工作？”
她微微一笑。“你怎么猜到的？我还做了一项初步研究，想要检验人们是否会为了满足好奇心而去忍受肉体疼痛。”
“他们会吗？”
“不是所有人都愿意，”她回答，“但总有一些愿意。”
达尔文，这个把甲虫含进嘴里的家伙，毫无疑问名列其中。
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