作者：Chinta sidharthanl博士，Lily Ramsey， llm2024年12月19日
学习是通过经历或指令在大脑中产生的转变来实现的，这些经历或指令增强了我们对世界的感知和反应能力。然而，最近发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的一项研究探索了一种创新方法，通过直接修改大脑中的神经活动模式，在没有明确意识的情况下诱导感知学习。
来自罗切斯特大学、普林斯顿大学和耶鲁大学的研究小组使用了实时功能磁性树脂脑磁共振成像（fMRI）神经反馈，在参与者的大脑中创建不同的视觉对象类别。
研究演示结果表明，改变神经表征是不可能的不仅重塑大脑活动，还影响行为感知。
研究：在人脑中塑造新的视觉类别。图片来源：Josh Namdar/Shutterstock.com
人类通过将感官输入分组来不断学习，这是感知和决策的基本过程。研究表明，当学习新类别时，与相似项目相关的神经活动模式变得更加一致，而不同类别的模式变得截然不同。
这种神经组织反映了大脑活动和行为之间的复杂联系。绘制这些神经变化的脑成像研究表明，传统的学习依赖于经验或指导。
然而，对于是否有可能直接雕刻这种神经表征而绕过传统方法，人们知之甚少。虽然神经反馈以前被用来修改现有的神经模式，但创造全新类别的能力仍未经测试。
在本研究中，实时fMRI神经反馈被用于在大脑中创建新的视觉形状类别。研究人员首先在二维空间中通过改变特定的特征（如曲线）来开发一组复杂的形状。
在研究开始时，参与者被要求进行一个简单的测试，以衡量他们在训练前如何感知和分类这些形状。这个测试为他们区分形状的能力提供了一个基线。
实验的重点是使用实时功能磁共振成像扫描来跟踪大脑活动，并在训练期间向参与者提供反馈。研究人员确定了大脑中活动模式反映参与者如何代表形状的区域。
这些大脑区域包括负责高级视觉处理的区域，但不包括早期视觉区域。
随后，研究人员分析了每个参与者的大脑活动，以找到与这些形状相关的特定模式。这些模式被数学建模，以确定大脑如何代表两种人工形状类别，由一个随机选择的边界分开。
此外，在训练过程中，参与者在屏幕上看到一些形状，这些形状似乎在微微摆动或振动。他们被告知通过专注于自己的心理状态来“稳定形状”，尽管他们没有被告知形状是如何分类的，也没有被告知反馈是如何起作用的。
他们不知道的是，当他们的大脑活动与目标形状类别对应的模式相匹配时，就会提供积极的反馈（表明摆动减少）。在整个培训过程中对反馈进行了调整，以保持参与者的参与并确保持续的进步。
训练持续了5到6天，其中有数百次试验，参与者反复观看并在心理上参与这些形状。在训练结束时，参与者完成了与第一天相同的形状感知任务。
研究人员比较了研究开始和结束时大脑活动和感知辨别的变化，重点关注训练和未训练类别之间的差异。
研究发现，塑造神经活动模式会导致大脑和行为反应发生重大变化。接受神经反馈训练的参与者表现出在预先确定的大脑区域，特别是在高水平视觉区域，类别之间的神经分离增加。
此外，对神经数据的分析显示，与不同类别的形状相关的活动模式变得更加明显，这表明了多元模式分类准确性的变化。在行为上，参与者也表现出沿着训练边界的分类感知能力的提高。
此外，心理测量功能表明，与未训练的对照组相比，训练后的类别的区分斜率更陡，表明知觉区分增强。尽管个体结果存在差异，但这种效应在大多数参与者中是一致的。
此外，相关分析揭示了神经变化与行为改善之间的强烈正相关关系，支持了神经表征与感知改变之间的因果关系。
有趣的是，神经效应局限于高级视觉区域，而早期视觉皮层的作用很小。
这突出了特定大脑区域在处理复杂视觉信息中的作用，并表明神经雕刻选择性地改变了与分类感知相关的表征。
总的来说，该研究展示了利用实时fMRI神经反馈重塑和创造神经和感知表征的潜力。通过成功诱导新的视觉类别，研究人员在大脑活动和感知之间建立了直接的因果关系。
这些发现为研究和提高人类学习能力开辟了新的可能性，在教育、神经康复和认知增强方面具有潜在的应用前景。
研究人员指出，未来的研究应该探索这些影响的持久性及其在不同认知领域的适用性。
