知觉学习对视觉皮层静息态自发活动的调制作用研究

Perceptual learning (PL), as an evidence of adults’ brain’s plasticity, its mechanism have drawn more and more researchers’ attention. Early research of PL using orientation discrimination task found that it’s specific to the trained location and this specificity is interpreted as an indicator of the retinotopic early visual cortical locus of learning. However, recent studies found that higher cortical regions are also involved and the classical specificity can be abolished in some situations. We believe that the cognitive processing works as a whole system and we need to study its full learning procedure in all aspects. Current study record subjects' spontaneous activity, task activation, grey matter structure and white matter connectivity before, immediately after and ten weeks after perceptual learning of orientation discrimination task. We aimed to find out how brain network adjust itself to a new cognitive task, how it constantly optimize itself in rest to maintain the newly learned rules and promote behavioral performance, then apply the reinforced cognitive regulation to a new but similar situation. Our results would not only offer new material for us to fully understand the mechanism of perceptual learning, its transfer and specificity, but also help us to study the relationship and interaction of these different property of brain system.

知觉学习作为成年人大脑可塑性的证据，其特点与机制越来越受到研究者们的重视。视觉知觉学习过程中，视觉皮层根据实验刺激与任务要求，逐渐优化信息加工规则并持续保存，涉及大脑感觉皮层及控制皮层在结构、功能、静息等多方面属性的动态变化。本研究利用磁共振成像(MRI)技术记录被试朝向辨别任务知觉学习训练前、训练后及训练十周后的脑活动，在综合考虑脑结构属性的基础上，考察视觉区的静息态自发活动在视觉知觉学习中的地位与作用，探索视觉皮层在知觉学习过程中的优化过程。本研究为将为知觉学习中成绩进步与迁移的脑机制研究提供全新的素材，帮助我们理解脑不同侧面属性的关系及相互作用。

人类的学习能力是个体发展与社会进步的核心要素。与潜力巨大的儿童大脑可塑性相比，成年人的大脑也具有良好的可塑性，却常被人们忽略。知觉学习研究发现，成年人在进行简单的视觉任务时，如朝向辨别任务，也可以快速地提高成绩并保持相很多天甚至几个月。于是，知觉学习的发生与迁移机制已成为我们探究成年人大脑可塑性的重要窗口，成为众多学者探究人类学习脑机制的重要研究范式。.传统的知觉学习研究关注被试做任务时的脑活动在训练过程中的变化，以及在刺激呈现参数改变时学习成绩迁移情况，揭示了一系列知觉学习的特点。但是，大脑在任务时的活动变化必有其静息网络变化为基础，非任务的学习保持过程中必有静息脑网络保持着任务训练的痕迹，相关的研究却少有涉及。.本项目利用磁共振成像技术在精确定位视觉皮层的基础上记录了被试在朝向辨别任务知觉学习训练前、后及十周后的脑活动。在综合考虑脑结构属性的基础上，着重考察了视觉区的静息态自发活动网络在视觉知觉学习中的动态变化，发现：被试视觉皮层的低频振幅在训练阶段即开始增加，视觉皮层层内的功能连接在整个过程中增强，而层间的功能连接主要在训练后的保持阶段内增强；静息态脑活动的这种增强不仅发生在训练视觉皮层，也发生在了未经训练的视皮层。.主要研究结论：一，知觉学习训练可以改变视觉皮层的自发活动，而且在视觉网络的变化中存在一定的规律：局部先于网络、低级先于高级、功能先于结构；二，知觉学习的训练效果可以由训练脑区迁移至非训练脑区，而高级视觉区间的连接在行为成绩的迁移中的地位尤为重要；三，大脑灰质皮层作为知觉学习的神经基础，对知觉学习的训练效果有一定的预测作用，但在短期内其厚度不会有显著变化；四，大脑白质纤维作为神经元的传输通道而不涉及神经元的突触传递，在知觉学习的整个过程中没有发生显著变化。本研究深化了知觉学习理论，拓展了静息态研究领域，具有充分的科学意义，丰富了我们理解脑、开发脑的研究成果。