知觉学习可诱发人脑皮层下核团的可塑性

知觉学些改变大脑区域(来源Nature)
知觉学些改变大脑区域(来源Nature)

 

人的大脑在一生中都会受到知觉经验的影响而不断产生变化。知觉学习是一种通过训练,从而提高人类知觉能力的行为范式。该范式已广泛应用于研究成人大脑的可塑性。丘脑是感觉信息处理的关键皮层下脑区,视、听、触等信息都需要经过它的中转和变换,再投射到大脑皮层。以往对成人视觉系统可塑性的研究集中在视觉皮层上,发现了视知觉学习的多种神经机制,包括信号增益、锐化、易化、降噪和再分权等。学术界通常认为皮层下核团在发育的关键期后已不具备可塑性,也没有研究考察知觉学习能否导致皮层下核团的神经可塑性。

2016年12月5日,生命科学联合中心、北京大学心理与认知科学学院、麦戈文脑科学研究所方方研究组在Current Biology发表研究论文“Perceptual learning of contrast detection in the human lateral geniculate nucleus”,证明知觉学习可以增强人脑皮层下核团-外侧膝状体的神经活动。论文通讯作者是方方,第一作者是生命中心博士生余亲林。研究合作者包括中科院生物物理所张朋研究员,西南大学邱江教授。

方方研究组采用单眼低对比度棋盘格探测任务,对人类被试进行长达三十天的知觉训练。在训练过程中,被试的对比度探测阈限逐日递减。训练完成后,对比度阈限在被试训练眼和训练位置特异性的降低了,证明了该学习效应的眼特异性与位置特异性。与此同时,丘脑中的外侧膝状体对训练眼和训练位置的低对比度刺激的BOLD信号强度也特异性增强,而V1, V2 与 V3等视觉皮层在训练前后BOLD信号却没有显著变化。该结果提示了行为阈限的降低得益于外侧膝状体对训练眼和训练位置的低对比度刺激敏感性增强,而非V1,V2, V3等较下游视觉皮层的神经信号变化。

更进一步地,已知外侧膝状体内有六层神经元,外顶部的四层为P细胞,内底部的两层为M细胞。该研究通过采用M与P细胞各自偏好的视觉刺激反复激活外侧膝状体,从空间上将这两类具有不同刺激偏好的细胞分离。

分离后发现,对训练眼和训练位置的低对比度刺激诱发的BOLD信号增强效应只在M层出现,而P层没有学习效应,且训练条件的M层对低对比度刺激的BOLD信号增益可以预测行为的进步量。

这些结果证明了低对比度探测训练任务能增强外侧膝状体的信号。成人知觉学习引起的神经可塑性不仅仅局限于大脑皮层层面,还可以往上游追溯到皮层下丘脑层面。该研究在国际上首次揭示了知觉学习的皮层下核团神经机制,为知觉学习领域开辟了新的研究方向。

该研究由科技部、国家自然科学基金委和生命中心资助完成。

论文链接:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27839973

(据生命科学联合中心)

原创文章,如若转载,请注明出处。

相关文章

  • 新生儿能感觉到疼痛吗?

    新的研究表明,新生儿不哭不闹并不意味着他感觉不到疼痛。 英国的研究者发现,新生儿对疼痛表现为强烈的大脑反应,但是行为上却没有异常表现。 本研究评价了56位健康新生儿对一种出生后必须使用的后跟帖的疼痛反应…

    2017-12-06
  • 随着年龄的增长,不仅身体在衰老,大脑也是

    如果随着人类年龄的增长,分裂细胞发生突变,它们仅能在有限数量的细胞中被发现,导致组织突变镶嵌

    2018-02-26
  • 为何下午总感觉很疲倦:可能与大脑的“奖赏中心”有关

    一项新的研究显示下午能量的下降可能与大脑奖赏中心有关 最新的研究显示大脑奖赏中心常常在早上和晚上最活跃。这可以解释为什么下午我们常感觉到精神不足。这项发现可能对躁郁症、抑郁症和睡眠障碍有重要影响。 研…

    2017-08-25
  • 随着年龄的增长我们如何保护自己大脑的健康?

      (图片来自网络) 美国心脏协会/美国中风协会出台了一项新的报告,列出了七种可以避免年龄增长引起的脑健康障碍和痴呆。 随着时间的增长,我们的动脉由于脂肪堆积和其他毒素原因而发生阻塞。这个过程称为动…

    2017-09-24
  • 克服坏习惯可能要从大脑开始

    大脑中一些少见的神经元可能调节着我们的习惯行为 无论是吸烟、夜晚睡眠障碍、还是咬指甲,尽管我们努力试图改变这些坏习惯,但是它们会一直存在。但是我们的大脑中是否存在一种神经元能够控制我们的习惯形成那?一…

    2017-09-17
  • 科学家发现影响记忆力的原因

    美国国家基础生物学研究所副教授诺布尤基最近的一项研究显示,RNG105与长期记忆相关。 RNG105是突触附近的一种蛋白合成因子,它与神经元之间信号的传递有关。端脑和下丘脑RNG105敲除的小鼠可表现为几分钟的短期记忆…

    2017-11-28