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神奇“耳机”能刺激大脑神经,改善记忆力,外语学习能力提升13%

我们知道一句俗语叫做老狗难学新把戏。的确,多数成年人都会有这种感觉,学习新技能的能力远不如儿童,而这在语言学习上体现的尤为明显。

作者: | 2020-08-31 21:54:57 | 来源:搜狐

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我们知道一句俗语叫做老狗难学新把戏。的确,多数成年人都会有这种感觉,学习新技能的能力远不如儿童,而这在语言学习上体现的尤为明显。

先前的研究表明,幼儿学习一种新语言要比父母甚至年长的兄弟姐妹容易得多。不过最近,一项新的研究提供了减少这一进化障碍的解决方案。

通过对耳朵进行细微、难以察觉的大脑刺激,科学家发现,与没有刺激的成年人相比,成年人识别外语声调的能力有所提高。即使终止这种刺激,这种记忆效应也持续存在。

这种源自科幻小说的大脑骇客行为可以帮助成年人克服大脑自身的局限性。

这项研究发表在Science of Learning上,作者解释说,造成在成长后期的语言习得困难部分原因是,成年大脑不再具有相同的可塑性,或重塑其突触网络来接受新信息的能力,不再像我们童年时代所做的那样。

“人类是优秀的知觉学习者,”研究小组写道,“但是,一个众所周知值得注意的的例外是在成年期非母语的语言习得”。

这款小型刺激装置可当作简单的耳机佩戴,可以帮助成年人更好地学习新语言。

但是,最近的研究发现,对神经系统的刺激与行为刺激相结合,可以改善可塑性和记忆力。为了测试语言学习,该团队设计了一种小型外耳装置,可通过无痛电脉冲无创地刺激参与者的经皮迷走神经(tVNS)。

为了测试经皮迷走神经tVNS如何影响语言习得,研究人员招募了36个以英语为母语的成年人,让他们听并试图识别四种不同的普通话音调-对于不习惯声调语言的英语使用者来说,这项任务尤其困难。

匹兹堡大学声音大脑实验室的博士后研究员,这项研究的主要作者费尔南多·拉诺斯(Fernando Llanos)说,揭示tVNS在这一领域的效用可能对整个认知学习的研究有益。

解释说:“证明无创性周围神经刺激可以使语言学习更容易,这有可能为改善认知表现的广泛领域的研究打开大门。”

实验方法:团队将36名参与者分为以下几组

  • 在听两种比较难的声调的普通话时给与刺激;

  • 听两种比较简单声调的普通话时给与刺激;

  • 对照组在没有刺激的情况下听音调。

所有组被要求听并指认他们听到哪些音调。

通过从外耳发出的无痛电脉冲,该设备能够刺激大脑的迷走神经。

匹兹堡大学声音实验室主任,该研究的合著者巴拉特·钱德拉塞卡兰(Bharath Chandrasekaran)告诉Inverse,从他们对普通话音调的测试中学到的经验也可以推广到其他语言。

Chandrasekaran说:“普通话是一个很好的测试平台,可以观察刺激效果的具体程度,但是我们认为,刺激效果应该推广到学习其他语言的声音模式。”

研究人员发现,在接受刺激时听取较简单音调的参与者的识别表现优于其他所有组,在识别音调方面平均比其他参与者提高13%,并且他们的能力达到峰值的速度比对照组快两倍。

有趣的是,与对照组相比,听和识别带较难音调的小组并没有表现出非常明显的改善。

加州大学旧金山分校神经外科助理教授马修·伦纳德(Matthew Leonard)表示,这项研究的结果可以为具有不同语言能力的成年学习者提供一个公平的竞争环境。

“这种方法可能会消减竞争环境中语言学习能力的天然差异。” 伦纳德说:“总的来说,人们常常会因为语言学习的难度而感到沮丧,但是如果能在第一节课后使某人学习效果提升13%至15%,也许他们会更愿意继续学习。”

研究人员还发现,即使在没有刺激的情况下,“易调和刺激”测试组也能够很好地识别出新的简单的音调语言,这表明这种方法具有广泛推广的强大潜力。

至于使这种情况发生在大脑中的原因,研究人员推测,这可能与暂时增强大脑大面积区域的注意力范围有关,从而使新刺激的处理更加容易。当然这需要进行更多实验才能确定。

在进行了进一步的研究后,Chandrasekaran告诉Inverse,在未来的两到五年内,可能会有应用产品上市提供给客户,特别面向那些脑部受损的人。

“我们的下一步是了解潜在的神经机制,并建立一套理想的刺激参数,以尽可能强化大脑的可塑性。” Chandrasekaran说:“我们认为tVNS是可以促进脑损伤患者康复的有效工具。”

以下是论文摘要:

成年人在学习非母语语音时依旧吃力即使已经接触了好几年。尽管基于实验室的训练方法可以提升学习效果,但对于成人来说最优的培训条件尚不清晰。迷走神经刺激在动物模型中已被证实能使成熟的感官知觉系统具备可塑性。精准的时间匹配听觉刺激可以高度特异性的增强听觉皮层表现。在这里,我们检查了知觉阈值以下经皮迷走神经刺激(tVNS)与非母语语音配对是否能增强成人的语音类别的学习。24位英语母语的学习者被培训于识别非母语普通话音调识别。在两组中,tVNS与更容易或更难学习的音调类别配对。对照组未接受刺激,但遵循与干预组相同的阈值程序。我们发现tVNS可以强有力地增强语音类别的学习,并保持正确的刺激-反应联想,但前提是刺激与易于学习的类别配对。这种效应迅速出现且广泛适用于新的案例,并且本质上区别于百名无刺激学习者之间的天然差异性。训练前后记录的脑电图表明,没有发现tVNS诱导的听觉感受器变化。这些结果表明,配对的tVNS会诱导一个极短时间的神经调节信号,该信号选择性地增强感知和记忆巩固。