心理學(xué)系方方教授課題組發(fā)現(xiàn)知覺訓(xùn)練可以在成人大腦中誘發(fā)腦區(qū)間功能替代

時(shí)間：2016-05-31 09:23  作者：  來源：心理學(xué)系

　　2016年5月17日出版的《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）刊發(fā)了北京大學(xué)心理學(xué)系和麥戈文腦科學(xué)研究所方方教授課題組的研究論文“Perceptual learning modifies the functional specializations of visual cortical areas”， 報(bào)道了該課題組在知覺學(xué)習(xí)和成年人大腦可塑性領(lǐng)域的重要進(jìn)展。論文通訊作者是方方教授，第一作者是心理學(xué)系畢業(yè)生陳霓虹博士。研究合作者包括北京大學(xué)心理 學(xué)系蔡鵬博士、中科院生物物理所周天罡副研究員以及加拿大滑鐵盧大學(xué)眼科與視覺科學(xué)學(xué)院Benjamin Thompson副教授。

　　在人類適應(yīng)環(huán)境的過程中，我們的感知覺系統(tǒng)時(shí)刻進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整以更好地加工外部刺激輸入，形成優(yōu)化的信息表征并針對特定任務(wù)產(chǎn)生正確的決策。反復(fù)的知 覺學(xué)習(xí)或知覺訓(xùn)練更是能夠顯著提高幾乎所有的知覺能力。比如，有經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)生能快速準(zhǔn)確地從CT圖像上辨別出腫瘤的位置；乒乓球運(yùn)動(dòng)員能精準(zhǔn)地判斷出 球的運(yùn)動(dòng)方向和速率；老年人可以通過訓(xùn)練提高對比度知覺，從而提高駕駛安全。

　　方方教授課題組結(jié)合功能性磁共振腦成像、經(jīng)顱磁刺激和心理物理實(shí)驗(yàn)手段，發(fā)現(xiàn)知覺學(xué)習(xí)效應(yīng)能夠從習(xí)得的視覺任務(wù)遷移到未學(xué)習(xí)的視覺任務(wù)，導(dǎo)致正常成 年人視覺系統(tǒng)的腦區(qū)功能的重塑。在這個(gè)研究中，成人被試練習(xí)對純運(yùn)動(dòng)信號(hào)的方向進(jìn)行辨別，這個(gè)學(xué)習(xí)效果可以遷移到含噪聲運(yùn)動(dòng)信號(hào)的方向辨別中。在知覺訓(xùn)練 前，通過施加持續(xù)短陣快速脈沖刺激（coutinuous theta-burst stimulation, cTBS）干擾特定腦區(qū)活動(dòng)，經(jīng)顱磁刺激實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 視皮層V3A區(qū)和顳中回視覺運(yùn)動(dòng)區(qū)(MT+)在純運(yùn)動(dòng)和噪聲運(yùn)動(dòng)這兩種任務(wù)中具有雙分離的、因果的決定性作用。而知覺訓(xùn)練后，顳中回視覺運(yùn)動(dòng)區(qū)在噪聲運(yùn)動(dòng) 任務(wù)中的決定性作用被V3A腦區(qū)所取代。進(jìn)一步地，課題組應(yīng)用多體素模式分析方法（multi-voxel pattern analysis, MVPA）考察功能性磁共振成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)上述功能替代現(xiàn)象伴隨著V3A區(qū)對兩種任務(wù)視覺刺激的神經(jīng)表征的精確度提高，具體表現(xiàn)為支持向量機(jī) （Support vector machine, SVM）分類器解碼正確率的提高，以及線性判別分析（Linear discriminant analysis, LDA）中視覺刺激表征距離的增加。以往研究側(cè)重知覺學(xué)習(xí)對單個(gè)神經(jīng)元和局部神經(jīng)元群集的活動(dòng)特性影響，以上發(fā)現(xiàn)突破了這個(gè)局限，為知覺學(xué)習(xí)改變成年人視 覺系統(tǒng)的腦區(qū)固有功能提供了有力證據(jù)。該研究揭示了成人大腦皮層的深度可塑性——即便在被認(rèn)為功能分區(qū)相對固化的視覺系統(tǒng)內(nèi)，后天知覺訓(xùn)練可顯著改變既往 的腦區(qū)功能。人類神經(jīng)系統(tǒng)能夠根據(jù)不同腦區(qū)的神經(jīng)表征精確度，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)它們在知覺決策中的貢獻(xiàn)。

　　美國布朗大學(xué)講席教授Takeo Watanabe和Yuka Sasaki隨后在PNAS上以“V3A takes over a job of MT+ after training on a visual task”為題發(fā)表專文評述這個(gè)研究。他們稱，許多研究者通常認(rèn)為，在視覺發(fā)育關(guān)鍵期之后，感知覺能力不會(huì)再發(fā)生明顯變化。而陳霓虹等通過精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)知覺學(xué)習(xí)會(huì)導(dǎo)致腦內(nèi)功能的大尺度變化，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的腦可塑性理論和觀點(diǎn)。

　　該研究由科技部、國家自然科學(xué)基金委和北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心資助完成。