研究人员宣布，他们成功实施了一种突破性方法，通过外部干预和神经反馈来增强人脑的学习方式，这一过程被他们称为“雕刻”脑活动模式。
想象一下，能够在个体大脑中雕刻出一种新的脑活动模式，从而促进更快的学习或改善抑郁症、孤独症等心理健康条件和发展问题的治疗。现在，想象一下无需进行外科手术或任何身体改变就能实现这一目标。听起来像是科幻故事中的情节吗？
尽管这看起来可能是幻想，但这正是罗切斯特大学脑与认知科学及神经科学助理教授Coraline Iordan所努力实现的。她首次证明，确实可以通过这种方式学习新的视觉物体类别。
通常，学习发生在我们的脑中通过经验、教育或训练的适应过程。然而，Iordan和她来自耶鲁大学和普林斯顿大学的同事们成功地试验了一种新的教学技术，利用外部干预和神经反馈，他们将其定义为“雕刻”脑活动模式。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。
“我们的方法不仅允许我们将现有复杂的脑活动模式推向熟悉的模式，而且——这是首次——可以直接在大脑中刻写出新的模式，并分析其对个体行为的影响，”Iordan，首席作者表示。
脑雕刻——一种新颖的学习技术？
研究人员利用实时神经成像和即时神经反馈来改变大脑处理和表示关于视觉物体的信息的方式。在实验期间，参与者躺在功能性磁共振成像(fMRI)扫描仪内，观察投影在他们上方镜子上的物体，该镜子如同一个小屏幕。物体是抽象形状，有人将其解读为花瓣、植物球茎或蝴蝶，这些形状在镜子上轻轻脉动，直到参与者能够通过思维过程“移动”这些形状，使其与科学家选择的预定脑活动模式对齐。参与者被指示“创造一种心理状态”，以减少形状的振动，尽管他们没有被教导如何实现这样的心理状态。
“这一研究的显著之处在于，新类别相关的神经反应和相关行为在参与者对这些类别未完全意识的情况下表现出来。这突显了心理学中关于隐式处理的长期理论——即在没有意识的情况下对信息作出有意义的反应的能力，并表明这一概念扩展到了新神经表征的获取和形成，”合著者、普林斯顿大学的认知神经科学家Jonathan Cohen分享道。
提供给参与者的即时反馈意味着，一旦他们成功调整了如何表示视觉物体，使其更接近期望的脑活动模式，镜子上的图像就会停止振动，而不是以自然的方式在他们的大脑中处理。实际上，科学家创造了一种方法，使个体能够学习新的视觉类别，而不是通过明确地教导他们这些类别是什么，而是通过在审视这些类别中的个体物体时调整他们大脑的处理方式。
“我们不是指示你并观察你大脑的变化，而是创造了一个新类别，这个新类别本应在你自己真正学习时出现，”Iordan澄清道。“然后，我们验证你是否感知到了新引入的类别。结果发现，你确实感知到了。”
为了激励参与者，他们被提供了财务奖励，以成功阻止图像的晃动，这可能会在连续六次会议中带来显著奖金。
潜在的未来应用
研究人员旨在深入了解患有各种神经精神、发展或心理障碍的个体的大脑功能变化，包括重度抑郁症、视觉性失认症（即无法识别常见物品）和孤独症。根据Iordan的说法，他们的方法最终可能会通过重新塑造患者的大脑模式，使其与神经典型个体的模式更为接近，从而为临床治疗提供有益贡献，可能导致作为独立方法或与现有疗法结合使用的新治疗策略。
“这项研究代表了迄今为止利用实时fMRI进行脑训练的最引人注目的展示之一。Iordan博士利用神经反馈帮助个体创建心理类别，从而影响他们的行为，”合著者、耶鲁大学的心理学家Nicholas Turk-Browne评论道。“这一发现可能会在未来显著推动脑-计算机接口和临床干预的发展。”
从本质上讲，这项研究突显了科学家们对大脑的新颖接入。
“我们实际上颠覆了学习的方式，通过教授你某些内容，使你能够间接获取知识，尽管没有明确呈现该信息，”Iordan总结道。“这表明我们可以以前所未有的方式访问大脑中学习的基本元素——可能用于更复杂的学习任务，例如完整的物体类别、复杂的视觉元素，甚至超越当前的界限。”
这项研究得到了约翰·坦普尔顿基金会、英特尔公司和国立卫生研究院的资助。
