Nature:我们是如何学会学习的?科学家给出明确答案!

2021
11/23

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生物谷
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使用认知控制来明智地使用相关信息而忽略分心的学习能否普遍改善大脑功能,而不是形成外显记忆(explicit memories)?

使用认知控制来明智地使用相关信息而忽略分心的学习能否普遍改善大脑功能,而不是形成外显记忆(explicit memories)?

根据关于一些认知行为疗法如何有效的神经可塑性假设,认知控制训练(CCT,cognitive control training)或能改变神经回路的信息处理。

近日,一篇发表在国际杂志Nature上题为“Cognitive control persistently enhances hippocampal information processing”的研究报告中,来自纽约大学等机构的科学家们通过对小鼠进行研究后发现,旨在专注于重要事物而忽略分心的认知训练或能增强大脑的信息处理能力,从而使得机体能够学会如何去学习。

CA1的空间信息加工的认知控制机制。

图片来源:Chung, A., et al. Nature (2021).doi:10.1038/s41586-021-04070-5

研究者Andre Fenton教授说道,正如任何教育者所致,仅仅回忆我们在学校中学到的信息或许很难成为教育的重点,通过正确的心理训练我们也能够学会如何学习,而不是利用大脑仅仅储存的信息来方便日后回忆,这或许就会使得我们更加具有适应性、更有思想以及更加有智慧。研究人员经常会研究记忆发生的机制,具体而言,即神经元如何储存从经验中获取的信息,以便后期能够回忆起相同的信息。然而,研究者对于我们如何学会学习的潜在神经生物学机制知之甚少;我们的大脑能用来超越记忆,并以一种有意义的新方式来利用过去的经验。

深入理解这一过程或能帮助研究人员开发新方法来增强机体的学习能力,并设计出精确的认知行为疗法来治疗多种神经精神性障碍,比如焦虑症、精神分裂症和其它形式的心理功能障碍。为了探索这一点,研究人员利用小鼠进行了一系列实验,从而评估其学习具有认知挑战性任务的能力;在评估之前,一些小鼠接受了认知控制训练(CCT),其被置于一个缓慢旋转的竞技场上,并训练其利用固定视觉线索避开轻微冲击的固定位置,同时忽略旋转地板上的冲击位置;研究者将接受CCT的小鼠与对照小鼠进行比较,其中一个对照组学会了同样的场所来回避,但其并不需要忽略不相关的旋转位置。

研究者指出,使用旋转竞技场场所回避的方法对于该实验至关重要,因为其能操控空间信息,将环境解离为静止和旋转部分;此前研究者已经表明,在旋转竞技场上学习避震需要海马体(即大脑的记忆和导航中心)以及一种分子(PKMζ,蛋白激酶Mζ,)的持续活动,PKMζ对于维持神经连接强度的增加以及长期的记忆储存至关重要。

图片来源:https://www.nature.com/articles/s41586-021-04070-5

简言之,研究者有了分子、生理学和行为方面的理由来分析海马体回路中长期位置回避记忆发生的机制,以及该回路如何能得到持续改善的原理。对CCT期间海马体神经活性的分析证实,小鼠能利用相关的信息来避免被冲击,同时还能忽略冲击位点附近的旋转干扰,值得注意的是,这种干扰忽略的过程对于小鼠的学习至关重要,因为其能使其比没有接受CCT的小鼠更好地完成新的认知任务。值得注意的是,研究者发现,CCT还能改善小鼠海马体神经回路处理信息的功能,海马体是大脑中形成持久记忆以及进行空间导航的关键部分,而CCT或能改善其数个月的运作方式。

研究者Fenton表示,本文研究结果表明,两小时的认知控制训练或会使得小鼠学会学习,而且其能够伴随记忆的一个关键神经回路的调节过程的改善;因此,大脑或许能在抑制嘈杂的输入方面变得持续有效,而在增强输入方面也会变得持续有效。综上,这些神经生物学研究结果支持了神经可塑性的假设,即除了能储存条目事件的关联性外,认知控制训练还能持续优化神经回路的信息处理过程。

原始出处:

Chung, A., Jou, C., Grau-Perales, A. et al. Cognitive control persistently enhances hippocampal information processing. Nature (2021).doi:10.1038/s41586-021-04070-5

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关键词:
学习,神经,信息,研究者,认知

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