給孩子最好的科學教育
王立銘
浙江大學教授， 國家青年千人計畫入選者， 畢業於北京大學和加州理工學院，
他曾出版過《吃貨的生物學修養》和《上帝的手術刀》， 獲得過“文津圖書獎”。
私底下， 他是兩個可愛女兒的父親。 怎麼給孩子講科學， 怎麼保護孩子們的好奇心， 又怎麼鍛煉他們的科學思維方式， 他會有特別的見解。
來， 讓我們幻想這麼個場景：
今天早上出門太慌張忘了戴手錶， 結果開車上班的路上居然就被連環追尾了。 我可是十年不違章無事故的老司機啊！我的手錶是老爸送的， 一定能辟邪， 以後一定得常戴著。 ”
你很可能會說， 手錶和事故有什麼關係？！
那如果我們改改場景呢？
隔壁家Lucy和咱們家狗剩一樣大， 人家去上了每個月2萬多的幼稚園， 現在英文名也起了英文也順溜了， 而且也能自己讀小人兒書了。
好了， 那現在我來考考你， 上面這兩種說法有什麼問題？
“相關”和“因果”的愛恨糾葛
首先得說明， 忘帶手錶和出車禍， Lucy和狗剩的故事都純屬瞎編， 大家不要對號入座。 但是這樣的虛擬場景大家應該都不會陌生。 從養生到育兒，
這個模子的基本思路是：
有兩件事A和B如果先後出現， 那麼A一定是B的原因。
忘帶手錶後發生了連環追尾， 那麼忘帶手錶一定是連環追尾的原因。
上2萬塊的幼稚園後能自己看書了， 那麼上2萬塊的幼稚園一定是能自己看書的原因。
說的文縐縐一點就是：相關等於因果。
當然， 紙面分析的時候我想大多數人都不會那麼容易上當， 兩件事先後出現， 和兩件事有因果關係， 這裡面的差別大了去了。 但是一旦進入實操層面——特別是育兒和養生兩大重災區——能夠每一次都忍住不跳坑的人估計不多。 這裡面的原因我們等下再聊。 這裡咱們先討論討論：
如果兩件事A和B先後出現， 除了因果關係， 它們之間還可能有什麼關係？
1
世界很大， 不止有“因果”
我在這裡給出幾個可能的回答， 更多的可能性可以留給大家慢慢思考。
可能性1：純屬巧合
A和B啥關係沒有， 它倆差不多同時出現純屬巧合。
這個就不用多做解釋了。 比如忘戴手錶和連環追尾可能就是純粹的巧合。
可能性2：另有他因
A和B其實都是另一件事C的結果， AB之間沒有因果關係。
比如， 夏天的時候冰淇淋消費量會變高， 同時游泳溺水的數量也會上升。 但常識告訴我們：吃冰淇淋和溺水沒什麼因果關係， 它倆都是天氣變熱的結果。
而用同樣的邏輯去套忘帶手錶和連環追尾， 我們也可以設想：有可能是這傢伙前一天晚上沒睡好，
可能性3：其他
其他的可能性就比較燒腦一點：比如說， A其實不是B的原因， B可能反而是A的原因；再比如說， A和B本身沒有因果關係， 它倆同時出現是因為A+B構成了另一件事C的原因， 等等等等……不過對於我們的故事來說， 這些情景不是太重要， 我就留到文末再考考大家吧。
2
Lucy的新本領，可能有一百個“因”
好了，帶著這些基本的理論儲備，我們再回頭看文章開頭的場景。
在 Lucy 和狗剩的故事裡，當然有一種可能性，天價幼稚園和 Lucy 的新本領是有因果關係的，小女孩確實是在天價幼稚園裡學會了英文和閱讀。除此之外，我們再把上面的幾種可能性套進去試試看：
● 一個可能性當然是純粹的巧合。
比如 Lucy 可能是三歲前後突然對語言和閱讀產生了興趣，三歲前後恰好又正好是上幼稚園小班的時間段，因此讓狗剩爹媽產生了上了某幼稚園就學會了什麼本領的錯覺。
● 另一個可能性是 Lucy 上天價幼稚園和語言閱讀能力的進步，都是另一個隱藏的比較深的因素的結果。
比如說，Lucy 家經濟情況要比狗剩家好很多，Lucy 的英文是去年做小小留學生在美國的夏令營裡學來的；至於幼稚園選擇，Lucy 爹媽主要是覺得離家很近，對價格本身一點也不敏感。在這個場景裡，家庭經濟情況決定了 Lucy 的學習情況和幼稚園選擇。
類似的可能性還可以列出一大堆。更要命的是其中很多可能性你要真用心去找，還真能找到相應的資料支援（下面就給出了這麼一個例子：家庭收入情況和孩子大學成績正相關）。
家庭收入情況和孩子大學成績正相關的資料支援。
但是討論到這裡，你應該能明白，焦慮的家長們有沒有必要因為“別人家的 Lucy ”就急吼吼的給孩子報名天價幼稚園和各種早教班，是一個需要多想想、再多想想的問題。
我們為何一再被“相關”欺騙？
說到這你可能會覺得很奇怪。把類似的事情掰開揉碎了給我看，好像我也能明白這裡面玩了相關性=因果性的把戲。但是為什麼每次看到，我都會上當？
說來很有意思，動物的神經系統——當然也包括人類的大腦——本質上其實都是相關性學習者！
1
動物天生愛“相關”
為了說明這個問題，我們先回顧一下中學生物課的知識。
大家可能有所瞭解，“學習行為”主要有兩大類：
學習行為1
巴甫洛夫的狗
搖鈴鐺的同時給狗啃骨頭，久而久之哪怕只搖鈴鐺不給骨頭，狗也會流口水。這是因為在狗狗看來，鈴聲和食物出現這兩件事總是一起出現，鈴聲會帶來骨頭。
學習行為2
斯金納的箱子
鴿子關進一隻箱子，裡面有一根可以按動的杠杆，按一次就會掉下一塊食物。訓練幾次鴿子就能學會自己按杠杆找食物吃。
對這兩類學習行為的生物學研究貫穿了整個二十世紀，並深刻影響了教育學、心理學、經濟學等等學科。
兩種學習有深刻的不同之處：
學習行為1：將兩種環境刺激（鈴聲和肉骨頭）聯繫在一起。
學習行為2：將一種自身的行為（按杠杆）與一個事件的出現（掉食物）聯繫在一起。
在人類的學習行為中，兩者都會出現（同時還有第三種，也就是所謂觀察性學習）。
但是你可能已經發現了，不管是鈴聲和骨頭，還是按杠杆和掉食物，本質上並沒有什麼強有力的因果關係在驅動——就算有，也是人類觀察者有意設置的。哪天他/她不高興了，可以隨時終止這個脆弱的因果性。
但是對於接受訓練的動物而言，這一切都不重要，只要在一段時間裡，兩個時間的相關性很強——鈴聲總是伴隨著骨頭，按杠杆總是能讓上天掉餡餅——它們就會學的興致盎然，記得根深蒂固。
2
神經細胞也是“相關”學習者
不光在個體生物的水準，就是在單個神經細胞的水準，我們仍然是相關性學習者。
早在1949年，加拿大心理學家唐納德·赫布（Donald Hebb）就在他的巨著《行為的組織》裡提出了所謂的赫布定律（Hebb’s rule)，試圖在微觀層面解釋學習和記憶的發生。
這個定律的內容很簡單：大腦裡兩個神經細胞同時被激發的話，它們之間的聯繫就會被加強（原文還挺朗朗上口的：Cells that fire together, wire together）。
我們用這個定律來說明一下巴甫洛夫的狗是怎麼做到對著鈴鐺流口水的吧：
在實驗一開始的時候，只有肉骨頭的味道（綠色神經細胞）能夠激發流口水（橙色神經細胞），而鈴鐺的聲音（藍色神經細胞）並不能。這很自然，因為綠-橙細胞之間的聯繫比較強，前者很容易激發後者，而藍-橙之間的聯繫就很弱。
但是如果巴甫洛夫總是在拿出肉骨頭的時候搖鈴鐺，也就是說，狗腦袋裡的藍細胞和橙細胞也開始總是同時被激發了。根據赫布定律，同時被激發的細胞，之間的聯繫會加強。因此一段時間之後，僅僅激發藍色細胞，橙色細胞也會開始激發了，也就是說，搖鈴鐺就可以讓狗狗流口水了。
當然了，這句朗朗上口的名言在科學上並不是太嚴謹，我們現在知道這背後是有很多的約束條件的。但是我們仍然可以借用這句過度簡化的名言做一點想像，赫布定律其實就是微觀層面的“相關性學習”。在赫布定律的約束下，兩個毫無因果聯繫的事件只要總是成對出現，我們的大腦就會建立起兩者間的聯繫來！
3
“死理性派”真的都死了
講過上面的知識以後，你可能就明白為什麼我們的大腦會對相關性——而不是因果關係——那麼敏感了。
而我還要說的是：我們的大腦很可能是對的！
為了說明這一點，讓我們假設一個場景：
一個原始人正在草原上追逐羚羊，這時候突然聽到了一聲響亮的虎嘯。他/她應該怎麼做？
如果這個原始人是個相關性信徒，估計是朝著虎嘯的反方向撒腿就跑。
因為在他/她的世界裡，響亮的虎嘯和“附近出現老虎”這兩件事是高度相關的。附近出現老虎則是一件要命的事，三十六計走為上策。
但是如果這個原始人是一個死理性派，他/她的選擇就應該是不管不顧繼續追羊，或者是停下來向著虎嘯的方向去探究一下看看究竟有什麼。
因為如果嚴格探究因果關係的話，虎嘯本身並不一定說明老虎出現。也許是天上打雷地下颳風聽起來像虎嘯呢？也許是確實有老虎、但是它正在走開根本不會來吃人呢？也許這只老虎生了重病，吃不了人反而成了原始人口中的美味呢？
但是我們也很容易想到，在人類數百萬年的進化史上，在地球生物數十億年的進化史上，能夠活下來繁衍後代的大概率是相關性信徒而不是死理性派——後者很可能在一次次逼近真相的探究中葬身虎口。
所以到最後，我們需要用這顆歷經億萬年進化打磨出來的相關主義大腦，不情不願地做個死理性派，小心翼翼地用人類獨一無二的理性，來看穿相關性的重重迷霧，看清相關性背後的因果關係。
如何用"相關主義大腦"做理性思考
怎麼說呢，我們固然是長著一顆有幾十億年歷史的相關主義者的大腦，但是畢竟我們的祖先也在過去幾千年的時間裡給我們留下了豐富的邏輯思維的工具庫。我們怎麼著，也能比我們聽到虎嘯掉頭就跑的祖先做得更好吧。
1
思維體操 · 入門級
先出一道簡單的題目，適合家長們和娃們一起玩。
問題
小紅升職加薪，請同事小明和小亮去吃飯。吃飯過程中，小明發現飯菜裡有蟑螂，於是跑到前臺和老闆爭吵；這時候小亮出去接了一個老闆的電話。兩人回來發現自己留在餐桌上的錢包都被小偷拿走了。
這個故事裡先後出現了下面幾件事：
小紅升職加薪
小紅請客
小明吃到蟑螂
小明找老闆
小亮出去接電話
小明和小亮錢包被偷
請問，這些先後出現的事情之間，哪些是有因果關係的？哪些沒有？
這個題目比較簡單，大家留意小亮的支線劇情就行，我就不廢話啦。
2
思維體操 · 提高級
接下來出兩個難一點的。下面這兩個知識點還真的不是我信口雌黃編造的，你們覺不覺得，很多介紹育兒和養生知識的網文就是這個調調？
問題
① 有研究表明，按時吃早飯的孩子在學校各種測試中更好。我們也知道，早餐主要就是牛奶、雞蛋、穀物這些東西。那麼，這項研究是否說明多吃牛奶雞蛋穀物會提高孩子的學習能力？為什麼？
② 有研究表明，人均GDP越高的國家，癌症發病率和死亡率往往越高。這是否說明經濟條件改善會導致癌症？為什麼？
這裡我可以給出一個參考答案來，但是實際上可能的回答有許多種。大家有興趣可以一起來試試看。
① 的答案：不一定。比如有一個可能性是，生活較有規律的家庭裡，孩子會按時吃早飯，而規律的作息時間同時也提升了孩子的學習成績。在這個可能性裡，規律作息是按時吃早飯以及學習成績好的原因，後兩者沒有因果關係。
② 的答案：不一定。比如有一個可能性是，人均GDP越高的國家，醫療水準越高，人均壽命越長。而年齡越大的人患癌症的概率也越大。因此在這個可能性裡，經濟條件改善不是癌症發病率升高的原因。
3
思維體操 · 拓展級
在文章的最後，我得繼續拋出一個問題。
在忘帶手錶和連環追尾，小紅請客和小明丟錢包的故事裡，厘清因果關係還是比較簡單的，我們用生活常識就可以勝任了。但是在更多的場景裡，常識往往就不夠用了！
比如說，雖然思維體操能夠幫助我們小心對待相關性和因果性的區別，但是到底什麼時候才能說兩件事真的有因果關係，什麼時候可以說它們只是純粹的巧合，或者是某種神秘未知因素的結果呢？
我們還是拿育兒網文來做例子：
問題
在焦慮的爸爸媽媽們看來（很不幸，我也是其中一員），這世界上能影響孩子成長的東西太多了：
爹媽哪裡出生什麼學歷什麼收入
家在哪裡
孩子什麼時候自己吃飯自己學會噓噓
上的是高冷國際學校還是菜場小學
做錯事爸媽是吼了一聲還是冷處理
爹媽是不是喜歡說“都是為了你好”
……
而且更妙的是，大概什麼培養情景下都能看到很棒的孩子或者不太棒的孩子——至少，“虎媽”和“貓爸”都能教出優秀的孩子。
那麼上面這些“影響因素”和優秀的孩子這個“結果”之間，哪些是巧合？哪些是因果？哪些沒有因果關係，但卻是某個不為人知的小事的結果？
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Lucy的新本領，可能有一百個“因”
好了，帶著這些基本的理論儲備，我們再回頭看文章開頭的場景。
在 Lucy 和狗剩的故事裡，當然有一種可能性，天價幼稚園和 Lucy 的新本領是有因果關係的，小女孩確實是在天價幼稚園裡學會了英文和閱讀。除此之外，我們再把上面的幾種可能性套進去試試看：
● 一個可能性當然是純粹的巧合。
比如 Lucy 可能是三歲前後突然對語言和閱讀產生了興趣，三歲前後恰好又正好是上幼稚園小班的時間段，因此讓狗剩爹媽產生了上了某幼稚園就學會了什麼本領的錯覺。
● 另一個可能性是 Lucy 上天價幼稚園和語言閱讀能力的進步，都是另一個隱藏的比較深的因素的結果。
比如說，Lucy 家經濟情況要比狗剩家好很多，Lucy 的英文是去年做小小留學生在美國的夏令營裡學來的；至於幼稚園選擇，Lucy 爹媽主要是覺得離家很近，對價格本身一點也不敏感。在這個場景裡，家庭經濟情況決定了 Lucy 的學習情況和幼稚園選擇。
類似的可能性還可以列出一大堆。更要命的是其中很多可能性你要真用心去找，還真能找到相應的資料支援（下面就給出了這麼一個例子：家庭收入情況和孩子大學成績正相關）。
家庭收入情況和孩子大學成績正相關的資料支援。
但是討論到這裡，你應該能明白，焦慮的家長們有沒有必要因為“別人家的 Lucy ”就急吼吼的給孩子報名天價幼稚園和各種早教班，是一個需要多想想、再多想想的問題。
我們為何一再被“相關”欺騙？
說到這你可能會覺得很奇怪。把類似的事情掰開揉碎了給我看，好像我也能明白這裡面玩了相關性=因果性的把戲。但是為什麼每次看到，我都會上當？
說來很有意思，動物的神經系統——當然也包括人類的大腦——本質上其實都是相關性學習者！
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動物天生愛“相關”
為了說明這個問題，我們先回顧一下中學生物課的知識。
大家可能有所瞭解，“學習行為”主要有兩大類：
學習行為1
巴甫洛夫的狗
搖鈴鐺的同時給狗啃骨頭，久而久之哪怕只搖鈴鐺不給骨頭，狗也會流口水。這是因為在狗狗看來，鈴聲和食物出現這兩件事總是一起出現，鈴聲會帶來骨頭。
學習行為2
斯金納的箱子
鴿子關進一隻箱子，裡面有一根可以按動的杠杆，按一次就會掉下一塊食物。訓練幾次鴿子就能學會自己按杠杆找食物吃。
對這兩類學習行為的生物學研究貫穿了整個二十世紀，並深刻影響了教育學、心理學、經濟學等等學科。
兩種學習有深刻的不同之處：
學習行為1：將兩種環境刺激（鈴聲和肉骨頭）聯繫在一起。
學習行為2：將一種自身的行為（按杠杆）與一個事件的出現（掉食物）聯繫在一起。
在人類的學習行為中，兩者都會出現（同時還有第三種，也就是所謂觀察性學習）。
但是你可能已經發現了，不管是鈴聲和骨頭，還是按杠杆和掉食物，本質上並沒有什麼強有力的因果關係在驅動——就算有，也是人類觀察者有意設置的。哪天他/她不高興了，可以隨時終止這個脆弱的因果性。
但是對於接受訓練的動物而言，這一切都不重要，只要在一段時間裡，兩個時間的相關性很強——鈴聲總是伴隨著骨頭，按杠杆總是能讓上天掉餡餅——它們就會學的興致盎然，記得根深蒂固。
2
神經細胞也是“相關”學習者
不光在個體生物的水準，就是在單個神經細胞的水準，我們仍然是相關性學習者。
早在1949年，加拿大心理學家唐納德·赫布（Donald Hebb）就在他的巨著《行為的組織》裡提出了所謂的赫布定律（Hebb’s rule)，試圖在微觀層面解釋學習和記憶的發生。
這個定律的內容很簡單：大腦裡兩個神經細胞同時被激發的話，它們之間的聯繫就會被加強（原文還挺朗朗上口的：Cells that fire together, wire together）。
我們用這個定律來說明一下巴甫洛夫的狗是怎麼做到對著鈴鐺流口水的吧：
在實驗一開始的時候，只有肉骨頭的味道（綠色神經細胞）能夠激發流口水（橙色神經細胞），而鈴鐺的聲音（藍色神經細胞）並不能。這很自然，因為綠-橙細胞之間的聯繫比較強，前者很容易激發後者，而藍-橙之間的聯繫就很弱。
但是如果巴甫洛夫總是在拿出肉骨頭的時候搖鈴鐺，也就是說，狗腦袋裡的藍細胞和橙細胞也開始總是同時被激發了。根據赫布定律，同時被激發的細胞，之間的聯繫會加強。因此一段時間之後，僅僅激發藍色細胞，橙色細胞也會開始激發了，也就是說，搖鈴鐺就可以讓狗狗流口水了。
當然了，這句朗朗上口的名言在科學上並不是太嚴謹，我們現在知道這背後是有很多的約束條件的。但是我們仍然可以借用這句過度簡化的名言做一點想像，赫布定律其實就是微觀層面的“相關性學習”。在赫布定律的約束下，兩個毫無因果聯繫的事件只要總是成對出現，我們的大腦就會建立起兩者間的聯繫來！
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“死理性派”真的都死了
講過上面的知識以後，你可能就明白為什麼我們的大腦會對相關性——而不是因果關係——那麼敏感了。
而我還要說的是：我們的大腦很可能是對的！
為了說明這一點，讓我們假設一個場景：
一個原始人正在草原上追逐羚羊，這時候突然聽到了一聲響亮的虎嘯。他/她應該怎麼做？
如果這個原始人是個相關性信徒，估計是朝著虎嘯的反方向撒腿就跑。
因為在他/她的世界裡，響亮的虎嘯和“附近出現老虎”這兩件事是高度相關的。附近出現老虎則是一件要命的事，三十六計走為上策。
但是如果這個原始人是一個死理性派，他/她的選擇就應該是不管不顧繼續追羊，或者是停下來向著虎嘯的方向去探究一下看看究竟有什麼。
因為如果嚴格探究因果關係的話，虎嘯本身並不一定說明老虎出現。也許是天上打雷地下颳風聽起來像虎嘯呢？也許是確實有老虎、但是它正在走開根本不會來吃人呢？也許這只老虎生了重病，吃不了人反而成了原始人口中的美味呢？
但是我們也很容易想到，在人類數百萬年的進化史上，在地球生物數十億年的進化史上，能夠活下來繁衍後代的大概率是相關性信徒而不是死理性派——後者很可能在一次次逼近真相的探究中葬身虎口。
所以到最後，我們需要用這顆歷經億萬年進化打磨出來的相關主義大腦，不情不願地做個死理性派，小心翼翼地用人類獨一無二的理性，來看穿相關性的重重迷霧，看清相關性背後的因果關係。
如何用"相關主義大腦"做理性思考
怎麼說呢，我們固然是長著一顆有幾十億年歷史的相關主義者的大腦，但是畢竟我們的祖先也在過去幾千年的時間裡給我們留下了豐富的邏輯思維的工具庫。我們怎麼著，也能比我們聽到虎嘯掉頭就跑的祖先做得更好吧。
1
思維體操 · 入門級
先出一道簡單的題目，適合家長們和娃們一起玩。
問題
小紅升職加薪，請同事小明和小亮去吃飯。吃飯過程中，小明發現飯菜裡有蟑螂，於是跑到前臺和老闆爭吵；這時候小亮出去接了一個老闆的電話。兩人回來發現自己留在餐桌上的錢包都被小偷拿走了。
這個故事裡先後出現了下面幾件事：
小紅升職加薪
小紅請客
小明吃到蟑螂
小明找老闆
小亮出去接電話
小明和小亮錢包被偷
請問，這些先後出現的事情之間，哪些是有因果關係的？哪些沒有？
這個題目比較簡單，大家留意小亮的支線劇情就行，我就不廢話啦。
2
思維體操 · 提高級
接下來出兩個難一點的。下面這兩個知識點還真的不是我信口雌黃編造的，你們覺不覺得，很多介紹育兒和養生知識的網文就是這個調調？
問題
① 有研究表明，按時吃早飯的孩子在學校各種測試中更好。我們也知道，早餐主要就是牛奶、雞蛋、穀物這些東西。那麼，這項研究是否說明多吃牛奶雞蛋穀物會提高孩子的學習能力？為什麼？
② 有研究表明，人均GDP越高的國家，癌症發病率和死亡率往往越高。這是否說明經濟條件改善會導致癌症？為什麼？
這裡我可以給出一個參考答案來，但是實際上可能的回答有許多種。大家有興趣可以一起來試試看。
① 的答案：不一定。比如有一個可能性是，生活較有規律的家庭裡，孩子會按時吃早飯，而規律的作息時間同時也提升了孩子的學習成績。在這個可能性裡，規律作息是按時吃早飯以及學習成績好的原因，後兩者沒有因果關係。
② 的答案：不一定。比如有一個可能性是，人均GDP越高的國家，醫療水準越高，人均壽命越長。而年齡越大的人患癌症的概率也越大。因此在這個可能性裡，經濟條件改善不是癌症發病率升高的原因。
3
思維體操 · 拓展級
在文章的最後，我得繼續拋出一個問題。
在忘帶手錶和連環追尾，小紅請客和小明丟錢包的故事裡，厘清因果關係還是比較簡單的，我們用生活常識就可以勝任了。但是在更多的場景裡，常識往往就不夠用了！
比如說，雖然思維體操能夠幫助我們小心對待相關性和因果性的區別，但是到底什麼時候才能說兩件事真的有因果關係，什麼時候可以說它們只是純粹的巧合，或者是某種神秘未知因素的結果呢？
我們還是拿育兒網文來做例子：
問題
在焦慮的爸爸媽媽們看來（很不幸，我也是其中一員），這世界上能影響孩子成長的東西太多了：
爹媽哪裡出生什麼學歷什麼收入
家在哪裡
孩子什麼時候自己吃飯自己學會噓噓
上的是高冷國際學校還是菜場小學
做錯事爸媽是吼了一聲還是冷處理
爹媽是不是喜歡說“都是為了你好”
……
而且更妙的是，大概什麼培養情景下都能看到很棒的孩子或者不太棒的孩子——至少，“虎媽”和“貓爸”都能教出優秀的孩子。
那麼上面這些“影響因素”和優秀的孩子這個“結果”之間，哪些是巧合？哪些是因果？哪些沒有因果關係，但卻是某個不為人知的小事的結果？
王立銘專欄回顧
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