掌握一項(xiàng)新技能-無(wú)論是運(yùn)動(dòng)，樂(lè)器還是手工藝品-都需要時(shí)間和訓(xùn)練。雖然可以理解，健康的大腦能夠?qū)W習(xí)這些新技能，但是大腦如何變化以發(fā)展新行為卻是一個(gè)相對(duì)的謎。通過(guò)使他們能夠更輕松地重新學(xué)習(xí)日常任務(wù)，對(duì)這種基礎(chǔ)神經(jīng)回路的更**的了解*終可以改善遭受腦損傷的個(gè)人的生活質(zhì)量。
匹茲堡大學(xué)和卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的研究人員*近在PNAS上發(fā)表了一篇文章，揭示了從新手到專家的學(xué)習(xí)過(guò)程中大腦中發(fā)生了什么。他們發(fā)現(xiàn)，隨著長(zhǎng)期學(xué)習(xí)，出現(xiàn)了新的神經(jīng)活動(dòng)模式，并在這些模式與新的行為能力之間建立了因果關(guān)系。
這項(xiàng)研究是作為跨機(jī)構(gòu)研究和教育計(jì)劃的神經(jīng)認(rèn)知基礎(chǔ)中心的一部分進(jìn)行的，該計(jì)劃利用了Pitt在基礎(chǔ)和臨床神經(jīng)科學(xué)與生物工程以及CMU在認(rèn)知和計(jì)算神經(jīng)科學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。
該項(xiàng)目由皮特(Pitt)生物工程副教授亞倫·巴蒂斯塔(Aaron Batista)共同指導(dǎo);CMU電氣與計(jì)算機(jī)工程和生物醫(yī)學(xué)工程副教授CMU生物醫(yī)學(xué)工程與神經(jīng)科學(xué)研究所副教授Steven Chase。這項(xiàng)工作是由皮特生物工程博士后研究員艾米麗·奧比(Emily Oby)領(lǐng)導(dǎo)的。
奧比說(shuō)：“我們使用了腦機(jī)接口(BCI)，該接口在受試者的神經(jīng)活動(dòng)和計(jì)算機(jī)光標(biāo)的移動(dòng)之間建立了直接的聯(lián)系。”“我們記錄了恒河猴主要運(yùn)動(dòng)皮層手臂區(qū)域大約90個(gè)神經(jīng)單元的活動(dòng)，因?yàn)樗鼈儓?zhí)行的任務(wù)是要求它們移動(dòng)光標(biāo)以使其與監(jiān)視器上的目標(biāo)對(duì)齊。”
為了確定猴子是否會(huì)像他們學(xué)到的那樣形成新的神經(jīng)模式，研究小組鼓勵(lì)動(dòng)物嘗試一種新的BCI技能，然后將這些記錄與已有的神經(jīng)模式進(jìn)行比較。
奧比說(shuō)：“我們首先給猴子提供了一種所謂的'直觀映射'，即從它們的神經(jīng)活動(dòng)到光標(biāo)，這與它們的神經(jīng)元如何自然發(fā)火并且不需要任何學(xué)習(xí)有關(guān)”。“然后，我們通過(guò)以新穎的映射形式介紹一項(xiàng)技能來(lái)誘導(dǎo)學(xué)習(xí)，該技能要求受試者學(xué)習(xí)他們需要產(chǎn)生什么樣的神經(jīng)模式才能移動(dòng)光標(biāo)。”
就像學(xué)習(xí)大多數(shù)技能一樣，該小組的BCI任務(wù)在整個(gè)過(guò)程中進(jìn)行了幾次練習(xí)和一些指導(dǎo)。
巴蒂斯塔說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)一周后，我們的受試者能夠?qū)W習(xí)如何控制光標(biāo)。”“這是驚人的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)構(gòu)造，我們從一開始就知道他們沒(méi)有執(zhí)行此技能所需的神經(jīng)活動(dòng)模式。果然，當(dāng)我們?cè)趯W(xué)習(xí)后再次查看神經(jīng)活動(dòng)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)活動(dòng)的新模式出現(xiàn)了，這些新的模式使猴子得以執(zhí)行任務(wù)。”
這些發(fā)現(xiàn)表明，人類掌握新技能的過(guò)程也可能涉及新的神經(jīng)活動(dòng)模式的產(chǎn)生。
于說(shuō)：“盡管我們正在研究動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的一項(xiàng)特定任務(wù)，但我們認(rèn)為這也許是大腦學(xué)習(xí)許多新事物的方式。”“考慮學(xué)習(xí)在鋼琴上彈奏復(fù)雜曲子所需的手指敏捷性。在練習(xí)之前，您的大腦可能尚未能夠生成適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)模式來(lái)產(chǎn)生所需的手指運(yùn)動(dòng)。”
蔡斯說(shuō)：“我們認(rèn)為，擴(kuò)展練習(xí)可以建立新的突觸連接性，從而直接導(dǎo)致新的活動(dòng)模式的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)新的能力。”“我們認(rèn)為這項(xiàng)工作適用于任何想要學(xué)習(xí)的人-無(wú)論是癱瘓的個(gè)人學(xué)習(xí)使用腦機(jī)界面還是中風(fēng)幸存者想要恢復(fù)正常的運(yùn)動(dòng)功能。如果我們可以在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中直接觀察大腦，我們相信我們可以設(shè)計(jì)神經(jīng)反饋策略，以促進(jìn)導(dǎo)致新的神經(jīng)活動(dòng)模式形成的過(guò)程。”
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