科学家在线观察大脑的学习过程

- 编辑:大众自然网 -

科学家在线观察大脑的学习过程

有节奏地持续刺激指尖一段时间,可显著提高触觉灵敏度。波鸿鲁尔大学(Ruhr-Universitat Bochum, RUB)副教授休伯特·汀斯(Hubert Dinse)博士领导的研究小组分析了这一过程对大脑的影响。利用脑电图(EEG),科学家们记录了与触觉处理相关的大脑区域的神经元活动。他们能够观察活动随时间的变化——可能说明了一个学习过程。该团队在《人类神经科学前沿》上报告了他们的发现。

通过重复学习

在日常生活中,人们通过练习和重复来学习,这是由一种叫做神经元可塑性的大脑过程实现的。这种可塑性过程的细胞基础的一个突出例子被称为长期增强,即神经元提高与其相连的其他神经元之间沟通效率的能力。

与潜在的长期增强的节律性神经活动类似,RUB团队开发了一种基于刺激的学习方法。因此,感官,如视觉或触觉,有节奏地受到刺激。一个被充分研究过的例子是对指尖的电刺激,如果使用正确的频率,电刺激可以增加被刺激指尖的触觉敏感度。研究表明,这种指尖刺激导致了体感皮层的重要可塑性过程。然而,长期的增强是否是这些过程的基础还没有被证明。

两组,两个实验

RUB的神经科学家通过脑电图记录研究了志愿者基于刺激的学习。他们的目标是评估神经元活动及其在学习过程中的发展。因此,他们对两组受试者进行了两项实验。第一个实验作为对照研究,以证实本实验中使用的通过充气膜进行空气刺激的方法与已建立的电刺激方法对触摸灵敏度具有相同的正效应。电子版本不能在这种情况下使用,因为它扭曲了脑电图记录的电子伪影信号。

在第二个实验中,志愿者在他们的指尖接受上述无痛空气刺激40分钟。同时用脑电图测量被试体感皮层的活动。科学家们集中研究了大脑中与手的感觉处理有关的区域。

神经细胞适应它们的活动

“通过对大脑活动的脑电图测量,我们能够表明,在主动刺激阶段,大细胞群会根据刺激频率来调整它们的活动。这种反应保持稳定超过20分钟,没有任何习惯的迹象,这非常类似于细胞的长期增强,”马里恩·布里克韦德博士解释说,他是该研究的第一作者。

此外,科学家们还能够观察到神经元对刺激的反应是如何随时间变化的。他们发现,事件相关电位(代表大脑中刺激处理过程)的形状正在发生变化。与事件相关的阿尔法节律的去同步,一种对触觉刺激的典型反应,在20分钟后也减少了。

这些过程可能代表了触觉大脑区域的兴奋性变化,即一个直接可观察的学习过程。目前还不能得出确切的结论,即这里应用的手指刺激实际上触发了人类感觉运动皮层的长期增强。但是考虑到先前的发现,例如,这两个过程依赖于相同的神经元受体类型,积累的证据说明了很多。”Marion Brickwedde解释说。