想象一下，能够将一种新的活动模式写入人的大脑中，从而实现更快的学习速度或更好地治疗如抑郁症或自闭症等精神和发育障碍。更令人惊讶的是，这一切无需进行脑部手术或任何物理操作即可完成。听起来像科幻小说？其实不然——这是罗切斯特大学脑与认知科学及神经科学助理教授科拉琳·约丹（Coraline Iordan）及其团队的研究成果，他们首次展示了通过非侵入性手段可以加速新视觉物体类别的学习。
研究介绍
通常情况下，学习是通过经验、研究或指导来改变我们的大脑。然而，Iordan及其耶鲁大学和普林斯顿大学的同事们成功测试了一种新颖的方法，通过外部操控和神经反馈“雕刻”大脑活动模式来教人类大脑学习。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。
“通过我们的方法，我们不仅能够推动复杂的大脑活动模式向已知模式发展，而且——第一次——直接将新的模式写入大脑，并测量这对一个人行为的影响。”主要作者Iordan说。
研究方法
科学家们使用实时神经成像和逐秒神经反馈来修改大脑如何表示和处理关于视觉物体的信息。参与者躺在功能性磁共振成像（fMRI）机器内，观看投射到头顶镜子上的物体，看起来像一个小屏幕。
这些物体——一些参与者描述为花瓣、植物球茎或蝴蝶的抽象形状——在参与者的镜子上轻轻脉动，直到他们通过调整自己的思维过程与研究人员之前选择的大脑活动模式相一致，从而“移动它”。研究人员指示参与者“生成一种心理状态”，以减少该形状的振荡，但并未告诉参与者如何达到这种心理状态。
“这项研究的一个显著特点是，对新类别的神经反应和相应的行为发生在没有明确意识到这些类别的情况下，这表明心理学中关于隐式处理的传统工作——即在意识之外有意义地响应信息的能力——也扩展到了学习和形成新的神经表征。”普林斯顿大学的认知神经科学家乔纳森·科恩（Jonathan Cohen）解释道。
即时反馈意味着一旦参与者成功使视觉对象的表征更接近研究人员预先设定的脑活动模式，图像就会停止在其镜子上摇晃。
换句话说，科学家们开发了一种方法，使人们学会新的视觉物体类别，不是通过教导他们这些类别是什么，而是通过改变他们在观察这些类别中的单个物体时大脑的工作方式。
“与其教你一些东西并测量你的大脑如何变化，我们将一个新的类别写入你的大脑，就像你自学后会出现的一样。”Iordan解释说，“然后我们测试你是否看到了我们插入的新类别。结果证明你确实看到了。”
为了确保参与者有高度的动力去成功，如果他们能停止图像摇晃，他们将获得金钱奖励，在六次每日会话中可能累积一笔可观的奖金。
研究未来
科学家们正在努力更好地理解患有各种神经精神、发育或心理障碍的人群，如重度抑郁症、视觉失认症（无法识别日常物品）和自闭症的大脑功能变化。
据Iordan介绍，类似他们的方法最终可能在临床治疗中发挥作用，通过修改患者的大脑模式，使其更接近于正常人群的大脑模式，这可能会带来新的治疗方法，无论是单独使用还是与其他现有疗法结合使用。
“这项研究是对实时fMRI脑训练最有力的展示之一。”耶鲁大学的心理学家尼古拉斯·图克-布朗（Nicholas Turk-Browne）说，“Iordan博士利用神经反馈帮助人类在脑海中创建一个影响其行为的类别。未来，这一发现可能会促进脑机接口和临床干预的发展。”
这项研究的核心在于科学家们能够以前所未有的方式访问大脑。
“我们实际上把学习颠倒了过来，教给你的大脑一些东西，让你间接获得信息，即使你从未明确得到过这些信息。”Iordan说，“这告诉我们，我们现在拥有了一种前所未有的途径来接触大脑中的学习构建模块——无论是学习更复杂的事物，如整个类别、复杂的视觉事物，甚至有一天可能是超越这些的事物。”
新闻来源：美国国家科学院院刊
论文参考：DOI：10.1073/pnas.2410445121
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