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(jīng)學科學家的一項新研究結果表明，同步來自大腦不同區(qū)域的腦電波能夠?qū)崿F(xiàn)大腦狀態(tài)的快速轉(zhuǎn)變。
研究人員發(fā)現(xiàn)，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(jīng)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(jīng)元》(Neuron)雜志上發(fā)表論文：“研究發(fā)現(xiàn)了前額皮層和紋狀體在學習中相互作用的直接證據(jù)，這在以前從未見過。類別學習使得這兩個不同區(qū)域間相互作用產(chǎn)生新的節(jié)奏型功能性回路，這個新概念對系統(tǒng)神經(jīng)學很重要?！?/p>
大腦中有數(shù)百萬個神經(jīng)元，每一個都產(chǎn)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(fā)出控制執(zhí)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(qū)域的EEG模式。
Miller認為腦電波同步現(xiàn)象的發(fā)生可能先于神經(jīng)元突觸的改變或者神經(jīng)元的連接，這兩種現(xiàn)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(xù)地制造新聯(lián)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(chǎn)生我們現(xiàn)在的想法的動態(tài)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?！?/p>
這份報告的主要作者Evan Antzoulatos以前是皮卡爾學院博士后，他現(xiàn)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(jīng)元先活躍起來，之后前額皮層中的神經(jīng)元被慢慢激活。Miller說：“紋狀體能夠非?？斓貙W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(qū)域會產(chǎn)生EEG信號。研究方式是測量這個過程產(chǎn)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(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移。由前額皮層和紋狀體產(chǎn)生的腦電波,也就是”β波”，開始相互同步。Miller說,這個發(fā)現(xiàn)標志著兩個區(qū)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(qū)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(lián)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(fā)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(nèi)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(xù)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。
