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来自研究机构

大脑是如何说“哎呀!”

日期:
2022年5月5日
来源:
雪松西奈医疗中心
简介:
研究人员发现,大脑额叶的一组神经元发出的信号如何同时赋予人类学习新任务的灵活性,以及培养高度特定技能的专注力。
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完整的故事

雪松西奈大学神经科学与医学中心和神经外科的研究人员发现,大脑额叶一组神经元发出的信号如何同时赋予人类学习新任务的灵活性,以及培养高度特定技能的重点。他们的研究发表在今天的同行评议期刊上科学,提供对性能监控的基本理解,这是一种用于管理日常生活的执行功能。

这项研究的关键发现是,大脑在许多不同的情况下使用同一组神经元来进行表现反馈——无论一个人是第一次尝试一项新任务,还是努力完善一项特定的技能。

“人类大脑的神奇之处在于它是如此的灵活,”神经外科、神经学和生物医学科学教授、神经科学和医学中心主任、神经科学理事会主席和该研究的资深作者乌利·鲁蒂肖瑟博士说。“我们设计我们的研究是为了破译大脑是如何进行概括的同时要专攻,这两者对于帮助我们追求目标都是至关重要的。”

绩效监控是一种内部信号,一种自我产生的反馈,它让一个人知道自己犯了错误。一个例子是一个人意识到他们开车经过了一个十字路口,他们应该在那里转弯。另一个例子是,一个人在谈话中说了一些话,但话一出口就意识到他们刚刚说的话是不合适的。

“那种‘哦,该死’的时刻,那种‘哎呀!该研究的第一作者、雪松西奈大学Rutishauser实验室的博士后研究员付忠正博士说:“现在,性能监测开始发挥作用了。”

这些信号通过将信息传递到大脑中调节情绪、记忆、计划和解决问题的区域,有助于提高未来尝试的表现。表现监控还可以通过发出任务中遇到的冲突或困难程度的信号来帮助大脑调整注意力。

“所以……哎呀!”“这一刻可能会促使人们在下次与朋友聊天或计划下班回家途中在商店停下来时多加注意。”

为了观察性能监测的实际效果,研究人员记录了研究参与者内侧额叶皮层单个神经元的活动。参与者是癫痫患者,作为治疗的一部分,他们的大脑中植入了电极,以帮助定位癫痫发作的焦点。具体来说,这些患者在内侧额叶皮层植入了电极,这是一个已知在行为监测中起核心作用的大脑区域。

研究小组要求参与者进行两项常用的认知测试。

在Stroop任务中,参与者观看用不同颜色的墨水(如绿色)打印的一种颜色的书面名称,如“红色”,并被要求说出墨水的颜色,而不是书面单词的颜色。

“这会在大脑中产生冲突,”Rutishauser说。“你已经接受了几十年的阅读训练,但现在你的目标是抑制这种阅读习惯,而是说出写单词的墨水的颜色。”

在另一项涉及数字识别的多源干扰任务(MSIT)中,参与者在屏幕上看到三个数字,两个相同,另一个不同,例如1-2-2。受试者的任务是按下与唯一数字相关的按钮——在这个例子中是“1”——抵制他们按“2”的倾向,因为这个数字出现了两次。

傅教授说:“这两项任务是对自我监控在涉及不同认知领域的不同情况下的表现的有力测试。”

结构化的回应

当受试者执行这些任务时,研究人员注意到两种不同类型的神经元在起作用。“错误”神经元在犯错后会强烈激活,而“冲突”神经元则会对受试者刚刚完成的任务的难度做出反应。

“当我们观察这个大脑区域的神经元活动时,让我们惊讶的是,大多数神经元只有在做出决定或完成行动后才会活跃起来。这表明,这一大脑区域在事后评估决策方面发挥作用,而不是做出决策。”

有两种类型的性能监视:一般域和特定域。域一般性能监视告诉我们某物它可以检测出任何类型的任务中的错误——无论是开车、在社交场合中导航,还是第一次玩《世界》。这使得它们可以在没有指令的情况下执行新任务,这是机器无法做到的。

“机器可以被训练得很好地做一件事,”傅说。“你可以制造一个翻转汉堡包的机器人,但它无法将这些技能应用到煎饺子上。人类,由于领域通用性能监控,可以。”

特定于领域的性能监视告诉谁犯了错误什么出错,发现特定的错误——他们错过了一个转弯,说了一些不恰当的话,或者在拼图中选错了字母。这是人们完善个人技能的一种方式。

令人惊讶的是,神经元在内侧额叶皮层中混杂了一般和特定区域的信息。

Rutishauser说:“我们过去认为,大脑的某些部分只负责一般领域的性能监测,而其他部分只负责特定领域。”“我们现在的研究表明,情况并非如此。我们已经了解到,同一组神经元可以同时进行一般领域和特定领域的性能监控。当你听到这些神经元时,你可以同时读出两种类型的信息。”

Rutishauser说,为了理解这些信号是如何被大脑的其他区域解释的,可以把神经元想象成管弦乐队中的音乐家。

Rutishauser说:“如果它们都是随机播放的,那么听众——在这种情况下,接收信号的大脑区域——只会听到一组混乱的音符。”“但如果他们演奏一段编曲,即使有这么多乐器或性能监控神经元同时演奏,也有可能清楚地听到各种旋律和和声。”

然而,Rutishauser说,过多或过少的这种信号都会引起问题。

过度活跃的绩效监控可以表现为强迫症,导致一个人沉迷于检查不存在的错误。另一个极端是精神分裂症,在这种情况下,表现监控可能不够活跃,以至于一个人意识不到自己的错误或言语或行为的不恰当。

Rutishauser说:“我们相信,我们所获得的机械知识将对完善这些毁灭性精神疾病的治疗至关重要。”

研究小组还包括Cedars-Sinai癫痫项目主任Jeffrey Chung医学博士;神经病学助理教授crystal Reed,医学博士;Adam Mamelak,医学博士,神经外科教授和功能神经外科项目主任;Ralph Adolphs博士,加州理工学院心理学、神经科学和生物学教授;爱博网投领导者以及研究助理丹妮尔·比姆。

本研究由BRAIN计划资助号U01NS117839,国家精神卫生研究所资助号r01mhh110831和P50MH094258,以及国家科学基金会资助号BCS-1554105支持。

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故事来源:

材料所提供的雪松西奈医疗中心注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. 傅忠正,Danielle Beam, Jeffrey M. Chung, crystal M. Reed, Adam N. Mamelak, Ralph Adolphs, Ueli Rutishauser。人类内侧额叶皮质区域一般性能监测的几何特征科学, 2022;376 (6593) doi:10.1126 / science.abm9922

引用此页

雪松西奈医疗中心。“大脑是如何说‘哎呀!’的。”《科学日报》。科学日报,2022年5月5日。< www.koonmotors.com/releases/2022/05/220505143721.htm >。
雪松西奈医疗中心。(2022年5月5日).大脑是如何说“哎呀!”的。《科学日报》.2023年6月15日检索自www.koonmotors.com/releases/2022/05/220505143721.htm
雪松西奈医疗中心。“大脑是如何说‘哎呀!’的。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2022/05/220505143721.htm(2023年6月15日访问)。

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