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當人們改變想法時，人類大腦能夠快速地吸收和分析其中的新信息。麻省理工大學（MIT）神經學科學家的一項新研究結果表明，同步來自大腦不同區域的腦電波能夠實現大腦狀態的快速轉變。 研究人員發現，猴子學習如何分類不同類型圓點的過程中，大腦中的前額皮層和紋狀體會同步它們的腦電波，從而形成新的通信回路。
MIT大學皮考爾學院神經學教授,此次研究論文的第一作者Earl Miller，在6月12日出版的《神經元》(Neuron)雜志上發表論文：“研究發現了前額皮層和紋狀體在學習中相互作用的直接證據，這在以前從未見過。類別學習使得這兩個不同區域間相互作用產生新的節奏型功能性回路，這個新概念對系統神經學很重要。” 大腦中有數百萬個神經元，每一個都產生獨特的電子信號。這些信號組合在一起就形成了腦電波，科學家利用腦電圖（EEG）測量腦電波。前額皮層是大腦中發出控制執行命令的地方，紋狀體則控制著習性的形成,研究團隊主要研究這兩個區域的EEG模式。 Miller認為腦電波同步現象的發生可能先于神經元突觸的改變或者神經元的連接，這兩種現象被認為是學習和形成持久記憶力的基礎。這個過程常被稱作突觸可塑性，不過它耗費的時間過于冗長，很難用來解釋人類大腦的靈活性。 MIT皮考爾學院研究學習與記憶學的學者Miller認為，“由于突觸可塑性所需時間很長，所以大腦無法做到通過改變突觸連接強度與方式,即持續地制造新聯系以及分割想法，來改變想法。大腦一定用了什么其他妙招建立產生我們現在的想法的動態回路，這些回路能在想法改變時斷裂。我們認為可能是腦電波的同步建立的回路。” 這份報告的主要作者Evan Antzoulatos以前是皮卡爾學院博士后，他現在在加利福尼亞大學戴維斯分校。 一唱一和的腦電波 Miller過去的實驗表明,大腦學習分類時，紋狀體里的神經元先活躍起來，之后前額皮層中的神經元被慢慢激活。Miller說：“紋狀體能夠非常快地學習十分簡單的事物，而前額皮層用紋狀體的學習成果來學習更復雜的事物。就好像拼圖時，紋狀體識別拼圖的每一小塊碎片，前額皮層則將這些小碎片完整的拼湊在一起。” 在新的實驗中，研究者想要探究前額皮層和紋狀體是否相互獨立。猴子將不同類型的圓點劃分進不同的兩個類別時，大腦的兩個區域會產生EEG信號。研究方式是測量這個過程產生的EGG信號。 實驗開始時，研究員給動物們看各個圓點種類的兩個例子，或者說”標本”.每一輪實驗結束后標本的數量加倍，剛開始的時候，動物們可以輕松地記住哪個標本是屬于哪個分類的.但是最后當標本數量變得很大時,動物們很難記住所有標本長什么樣,它們則開始學習總結每個分類的特點。 實驗最后，猴子們能正確歸類256個不同標本。 當猴子們的學習方式從死記硬背轉換到研究每一個類別時，研究者在EEG上看到了相應的信號轉移。由前額皮層和紋狀體產生的腦電波,也就是”β波”，開始相互同步。Miller說,這個發現標志著兩個區域間交流回路的形成。 他說：“一些未知的原理導致腦電波共振，之后大腦區域間的回路開始一唱一和起來。回路的共鳴可能為之后大腦長期的適應性改變打下基礎,使結構上的回路真正形成。但是，這一切都從腦電波的一唱一和開始。 實驗進行一段時間后，動物們學會了分類，它們的紋狀體和前額皮層間出現兩個獨立的回路，分別對應不同的類別。 “擴大知識面” 以前有研究發現，大腦在進行有認知需求的任務時，額葉和視覺皮層同步的腦電波增多。但是Miller的實驗室第一次揭露了特定腦電波同步方式與特定思考方式有關聯的事實。 Miller和Antzoulatos同時表示，前額皮層學習各個類別，并把類別信息發送給紋狀體之后，前額皮層會隨著新信息的加入進行自我修正，使學習內容更廣闊。這個過程會不斷重復。 Miller說，這就是人類如何在不斷擴充知識中擁有開放性思維的。前額皮層并不僅僅學習類別,它還要形成能將類別信息輸送給紋狀體的回路,就好像皮層將新材料交給大腦進行精細加工一樣。 研究員們會在后續實驗中研究大腦如何學習更抽象的類別,以及紋狀體和前額皮層的活動是如何對應抽象類型。 |
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