研究人员发现了掌握一项新技能时大脑的变化
掌握一项新技能——无论是一项运动、一种乐器还是一门手艺——都需要时间和训练。虽然我们都知道健康的大脑能够学习这些新技能，但大脑如何改变以发展新的行为却是一个相对的谜。更精确地了解这种潜在的神经回路，最终可能会提高脑损伤患者的生活质量，使他们能够更容易地重新学习日常任务。
匹兹堡大学和卡内基梅隆大学的研究人员最近在《纽约时报》上发表了一篇文章PNAS这揭示了学习者从初学者到专家的过程中大脑中发生了什么。他们发现了新的神经活动模式在长期学习中出现，并在这些模式和新的行为能力之间建立了因果关系。
这项研究是认知神经基础中心的一部分，这是一个跨机构的研究和教育项目，利用了皮特大学在基础和临床神经科学和生物工程方面的优势，以及CMU在认知和计算神经科学方面的优势。
该项目由皮特大学生物工程副教授Aaron Batista联合指导;CMU电子与计算机工程及生物医学工程副教授Byron Yu;以及CMU生物医学工程和神经科学研究所的副教授史蒂文·蔡斯。这项工作由皮特大学生物工程博士后艾米丽·奥比领导。
“我们使用了脑机接口(BCI)，它在受试者的神经活动和计算机光标的移动之间建立了直接联系，”Oby说。“当恒河猴执行一项任务时，需要将光标移动到显示器上的目标上，我们记录了它们初级运动皮层手臂区域大约90个神经单元的活动。”
为了确定猴子在学习过程中是否会形成新的神经模式，研究小组鼓励动物尝试一种新的BCI技能，然后将这些记录与已有的神经模式进行比较。
奥比说:“我们首先向猴子展示了我们所谓的‘直观映射’，从它们的神经活动到光标，这与它们的神经元如何自然放电有关，不需要任何学习。”“然后，我们通过引入一种新映射形式的技能来诱导学习，这种技能要求受试者学习他们需要产生什么样的神经模式才能移动光标。”
像学习大多数技能一样，该小组的BCI任务需要进行几次练习，并在过程中进行一些指导。
巴蒂斯塔说:“我们发现，一周后，我们的受试者能够学会如何控制光标。”“这是惊人的，因为通过构造，我们从一开始就知道他们没有执行这项技能所需的神经活动模式。果然，当我们在学习后再次观察神经活动时，我们看到了新的神经活动模式出现了，而这些新模式使猴子能够执行任务。”
这些发现表明，人类掌握一种新的过程技能可能还包括产生新的神经活动模式。
Yu说:“虽然我们研究的是动物实验对象的这一特定任务，但我们相信这可能是大脑学习许多新事物的方式。”“考虑学习在钢琴上演奏复杂乐曲所需的手指灵活性。在练习之前，你的大脑可能还不能生成适当的活动模式来产生所需的手指动作。”
蔡斯说:“我们认为，扩展练习建立了新的突触连接，直接导致新的活动模式的发展，从而产生新的能力。”“我们认为这项工作适用于任何想要学习的人，无论是瘫痪的人学习使用电脑脑机接口或者中风幸存者想要恢复正常的运动功能。如果我们能直接看大脑在运动学习过程中，我们相信我们可以设计神经反馈策略，促进形成新的神经活动模式的过程。”
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