面对屏幕，只需1.5秒，短暂调整大脑节律，就能提高学习速度

作者|王聪 来源|生物世界(ID：ibioworld)

解读在复杂动态环境中遇到的大量信息对我们的感官系统提出了很高的要求。众所周知，训练可以提高我们做出感知判断的能力，这个过程被称为感知学习。然而，在做出感知决策时，个体在考虑以往经验的能力上存在着显著差异。

最近的研究表明，行为表现的个体差异可能与大脑状态的动态变化有关，也就是说，大脑皮层兴奋性随时间波动。然而，我们对大脑状态的理解仍然有限，这种状态是个体之间以及同一个体在不同环境下学习能力差异的基础。

训练可以提高我们在复杂环境中互动时的决策能力。然而，每个人在不同的环境中学习新任务和获得新技能的能力是不同的。那么，如何训练才能提高这种能力呢？

近日，英国剑桥大学的研究人员在 Cerebral Cortex 期刊发表了题为：Learning at your brain's rhythm: individualized entrainment boosts learning for perceptual decisions 的研究论文。

该研究首次证明，在一个人执行学习任务之前，短暂地调整一下他们的脑电波周期，可以极大地提高认知能力的提升速度。

研究团队表示，根据大脑的自然节律来调整信息传递的速度，可以提高我们吸收和适应新信息的能力。这些技术可以帮助我们在以后的生活中保持“神经可塑性”，并促进终身学习。

论文通讯作者 Zoe Kourtzi 教授表示，每个大脑都有自己的自然节律，这是由神经元共同工作时产生的振荡。这项研究模拟了大脑神经元震荡产生的自然节律的波动，这样大脑就能自我协调，并处于最佳状态。我们大脑的可塑性是一种重组和学习新事物的能力，它不断地建立在先前神经元相互作用的模式上。通过控制脑电波节律，有可能提高从婴儿到成年的整个生命周期的灵活性学习。

在这项研究中，研究团队使用脑电图（EGG）传感器连接在头部来测量80名研究参与者的脑电活动，并对他们的脑电波节律进行采样。研究团队采集了阿尔法波读数。作为脑电波频谱的中频，当我们清醒和放松时，阿尔法波往往占主导地位。阿尔法波在8-12赫兹之间振荡：每85-125毫秒是一个完整的周期。然而，在这个范围内，每个人都有自己的峰值频率。

该研究中使用的脑电电极帽，图片来自剑桥大学

研究团队利用从这些参与者中采集的阿尔法波读数创造了一种光学“脉冲”：一个白色方形屏幕在黑暗背景上闪烁，与每个人独特的阿尔法波节律相同。

参与者接受1.5秒的个性化脉冲信号，以诱导他们的大脑以自然节律工作，然后他们接受一项棘手的快速认知任务：尝试在一连串视觉混乱中识别特定的形状。

脑电波周期由波峰和波谷组成。一些参与者接收到的脉冲与他们的脑电波的波峰相匹配，一些接收到的脉冲与他们的脑电波波谷相匹配，而另一些接收到的脉冲要么是随机的，要么是错误的（稍微快一点或慢一点）。每个参与者重复了800多个不同的认知任务，然后测量他们的认知能力提高速度。

那些接受了正确的脉冲节律的人的学习速度至少比其他所有组快三倍，而且，他们在第二天接受另一轮学习任务时，依然能够保持更高水平的表现。

该论文的第一作者 Elizabeth Michael 博士表示，很兴奋能够发现这种令人印象深刻的学习能力提升所需的特定条件。整个干预过程本身非常简单，只需要在屏幕上进行一个短暂的闪烁，但当我们达到正确的频率加上正确的相位对齐时，似乎就会产生一个强大而持久的效果。

重要的是，夹带脉冲（entrainment pulses）需要与脑电波的波谷同步，研究团队认为，这是一个脑电波周期中神经元处于“高接受性”状态的点。通过将信息传递与脑电波的最佳阶段相匹配，就可以最大限度地捕获信息，因为此时我们的神经元高度兴奋。

该论文的共同通讯作者Victoria Leong 实验室之前的研究表明，当母亲和婴儿交流时，他们的脑电波会同步。Victoria Leong 认为，这项最新研究中的机制非常有效，因为它反映了我们婴儿时期的学习方式。利用这种机制，使我们的大脑能够与环境中的短暂刺激保持一致，特别是在父母和婴儿互动过程中的语言、凝视和手势等交流信息。当大人对儿童说话时，他们采用的是儿童导向语言——一种缓慢而夸张的说话方式。这项研究表明，儿童导向语言可能是一种自发的速度匹配方式，并引导儿童较慢的脑电波来支持学习。

研究团队认为说，虽然这项研究测试的是视觉感知，但这些机制可能是通用的，适用于广泛的任务和情况，包括听觉学习。他们认为脑电波夹带（生理过程对来自环境的节律性刺激做出反应并适应性地与其节律频率同步的趋势）的潜在应用可能听起来像科幻小说里的东西，但现在越来越可能实现。

论文通讯作者 Zoe Kourtzi 教授表示，虽然这项研究使用了复杂的脑电图仪器，但现在已经有了简单的头戴式系统，可以很容易地测量大脑频率。现在的孩子们经常通过屏幕来学习东西，可以想象，对于那些可能由于注意力缺陷而在普通教室里学习困难的孩子来说，可以使用脑电波节律来提高他们的学习能力。

脑电波夹带在促进学习方面的其他早期应用可能涉及对快速学习和快速决策至关重要的职业培训，如飞行员或外科医生。虚拟现实模拟现在是许多职业培训的有效组成部分，在这些虚拟环境中实现与脑电波同步的脉冲可以给新学习者带来优势，或者帮助他们进行后续再培训。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/cercor/bhac426

编者按：本文转载自微信公众号：生物世界(ID：ibioworld)，作者：王聪