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

時間：2016-05-31 09:23  作者：  來源：心理學系

　　2016年5月17日出版的《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）刊發(fā)了北京大學心理學系和麥戈文腦科學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”， 報道了該課題組在知覺學習和成年人大腦可塑性領域的重要進展。論文通訊作者是方方教授，第一作者是心理學系畢業(yè)生陳霓虹博士。研究合作者包括北京大學心理 學系蔡鵬博士、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眼科與視覺科學學院Benjamin Thompson副教授。

　　在人類適應環(huán)境的過程中，我們的感知覺系統(tǒng)時刻進行動態(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產(chǎn)生正確的決策。反復的知 覺學習或知覺訓練更是能夠顯著提高幾乎所有的知覺能力。比如，有經(jīng)驗的影像科醫(yī)生能快速準確地從CT圖像上辨別出腫瘤的位置；乒乓球運動員能精準地判斷出 球的運動方向和速率；老年人可以通過訓練提高對比度知覺，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驗手段，發(fā)現(xiàn)知覺學習效應能夠從習得的視覺任務遷移到未學習的視覺任務，導致正常成 年人視覺系統(tǒng)的腦區(qū)功能的重塑。在這個研究中，成人被試練習對純運動信號的方向進行辨別，這個學習效果可以遷移到含噪聲運動信號的方向辨別中。在知覺訓練 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，經(jīng)顱磁刺激實驗結(jié)果表明, 視皮層V3A區(qū)和顳中回視覺運動區(qū)(MT+)在純運動和噪聲運動這兩種任務中具有雙分離的、因果的決定性作用。而知覺訓練后，顳中回視覺運動區(qū)在噪聲運動 任務中的決定性作用被V3A腦區(qū)所取代。進一步地，課題組應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驗結(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 （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)重知覺學習對單個神經(jīng)元和局部神經(jīng)元群集的活動特性影響，以上發(fā)現(xiàn)突破了這個局限，為知覺學習改變成年人視 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——即便在被認為功能分區(qū)相對固化的視覺系統(tǒng)內(nèi)，后天知覺訓練可顯著改變既往 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，動態(tài)調(diào)節(jié)它們在知覺決策中的貢獻。

　　美國布朗大學講席教授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)表專文評述這個研究。他們稱，許多研究者通常認為，在視覺發(fā)育關(guān)鍵期之后，感知覺能力不會再發(fā)生明顯變化。而陳霓虹等通過精巧的實驗設計，發(fā)現(xiàn)知覺學習會導致腦內(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。

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