小孩子学习能力比大人强,就是因为他们的大脑不会想太多。
在宾夕法尼亚大学里,2014年的美国跨领域最高奖项之一——麦克阿瑟天才奖(MacArthur Fellow)获得者、物理学家和系统神经科学家 Danielle Bassett 正在使用核磁共振成像(MRI)技术以及网络理论(基于数学的一个分支——图论来解决网络相关问题的学科)来构造大脑学习的模型。
Bassett 目前是宾大工程与应用科学系的副教授,同时也是快速发展的计算神经科学的一支前沿——动态网络神经科学(dynamic network neuroscience)的先驱。她想知道,人脑是怎样思考的,我们是怎样学习新知识、新技能的。如果我们能揭秘大脑学习的模式,那么我们就可以让自己学得更快更多。
Danielle Bassett 用网络理论构筑了了大脑中的神经元网络,并且研究了在这个网络中,神经元的信号通路是怎样随时间变化,被经历所塑造。Bassett 说,“10年前,我们要等人死了才能研究人脑的神经元网络,但是现在借助非侵入的核磁共振成像技术,在人活着的时候我们也可以研究他们的大脑了。”
当我们正在学习一个新的动作,比如练习游戏吉他英雄(guitar hero)里面的一系列音符的弹法的时候,有2个脑区非常活跃。首先就是运动皮层(motor cortex),手指的运动离不开这个脑区。其次是视觉皮层(visual cortex),它是负责处理在游戏中看到的符号和图像的。一开始,大脑的这两个不同系统之间有着非常紧密的互动,因为它们要信息共享。这说明我们的大脑正在努力积极地学习新动作。
但是练习几周后,随着我们对新动作的掌握程度不断加深,肌肉记忆形成,脑区之间的交流也就逐渐停止了。
Bassett 说,对于大脑的学习来说,最大的阻碍就是大脑的执行系统(executive system)。大脑的执行系统主要负责工作记忆、推理、计划、注意力、抑制和控制等高级认知功能。显然,大脑这个功能板块对于我们做决策来说非常重要,没有它,我们就无法进行复杂的思考,无法做决定,更无法成为独立而成熟的个体。
随着年龄的增长,长大后的我们的执行系统终于跟上了大脑其他软硬件发展的步伐。我们会想得越来越多,但同时,我们的学习能力也随之下降了。依靠这些研究成果,Bassett 希望在未来为处于不同发育状态的大脑创造更好的学习环境,“我们可以设计一些技术来启动人们的大脑,用一些治疗手段来帮助人们学习。”
实际上,已经有人开始研究这个问题了。
Bassett 实验室的神经科学家 John Medaglia 就在使用经颅磁刺激(TMS)技术尝试改变我们的大脑。经颅磁刺激技术是一种可以让大脑的某些区域产生微弱电流环路的磁线圈,它常被用于治疗头痛和抑郁症。如果我们对一些神经疾病,如癫痫和帕金森氏病的相关神经网络有更多的了解,那么有一天我们说不定就可以利用经颅磁刺激技术治愈这些疾病,甚至还可以开启人类在童年终结时失去的那部分学习能力。