當(dāng)人們改變想法時(shí)，人類大腦能夠快速地吸收和分析其中的新信息。麻省理工大學(xué)（MIT）神經(jīng)學(xué)科學(xué)家的一項(xiàng)新研究結(jié)果表明，同步來自大腦不同區(qū)域的腦電波能夠?qū)崿F(xiàn)大腦狀態(tài)的快速轉(zhuǎn)變。

研究人員發(fā)現(xiàn)，猴子學(xué)習(xí)如何分類不同類型圓點(diǎn)的過程中，大腦中的前額皮層和紋狀體會(huì)同步它們的腦電波，從而形成新的通信回路。

MIT大學(xué)皮考爾學(xué)院神經(jīng)學(xué)教授,此次研究論文的第一作者Earl Miller，在6月12日出版的《神經(jīng)元》(Neuron)雜志上發(fā)表論文：“研究發(fā)現(xiàn)了前額皮層和紋狀體在學(xué)習(xí)中相互作用的直接證據(jù)，這在以前從未見過。類別學(xué)習(xí)使得這兩個(gè)不同區(qū)域間相互作用產(chǎn)生新的節(jié)奏型功能性回路，這個(gè)新概念對(duì)系統(tǒng)神經(jīng)學(xué)很重要?！?/p>

大腦中有數(shù)百萬個(gè)神經(jīng)元，每一個(gè)都產(chǎn)生獨(dú)特的電子信號(hào)。這些信號(hào)組合在一起就形成了腦電波，科學(xué)家利用腦電圖（EEG）測量腦電波。前額皮層是大腦中發(fā)出控制執(zhí)行命令的地方，紋狀體則控制著習(xí)性的形成,研究團(tuán)隊(duì)主要研究這兩個(gè)區(qū)域的EEG模式。

Miller認(rèn)為腦電波同步現(xiàn)象的發(fā)生可能先于神經(jīng)元突觸的改變或者神經(jīng)元的連接，這兩種現(xiàn)象被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和形成持久記憶力的基礎(chǔ)。這個(gè)過程常被稱作突觸可塑性，不過它耗費(fèi)的時(shí)間過于冗長，很難用來解釋人類大腦的靈活性。

MIT皮考爾學(xué)院研究學(xué)習(xí)與記憶學(xué)的學(xué)者M(jìn)iller認(rèn)為，“由于突觸可塑性所需時(shí)間很長，所以大腦無法做到通過改變突觸連接強(qiáng)度與方式,即持續(xù)地制造新聯(lián)系以及分割想法，來改變想法。大腦一定用了什么其他妙招建立產(chǎn)生我們現(xiàn)在的想法的動(dòng)態(tài)回路，這些回路能在想法改變時(shí)斷裂。我們認(rèn)為可能是腦電波的同步建立的回路?！?/p>

這份報(bào)告的主要作者Evan Antzoulatos以前是皮卡爾學(xué)院博士后，他現(xiàn)在在加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校。

一唱一和的腦電波

Miller過去的實(shí)驗(yàn)表明,大腦學(xué)習(xí)分類時(shí)，紋狀體里的神經(jīng)元先活躍起來，之后前額皮層中的神經(jīng)元被慢慢激活。Miller說：“紋狀體能夠非常快地學(xué)習(xí)十分簡單的事物，而前額皮層用紋狀體的學(xué)習(xí)成果來學(xué)習(xí)更復(fù)雜的事物。就好像拼圖時(shí)，紋狀體識(shí)別拼圖的每一小塊碎片，前額皮層則將這些小碎片完整的拼湊在一起?！?/p>

在新的實(shí)驗(yàn)中，研究者想要探究前額皮層和紋狀體是否相互獨(dú)立。猴子將不同類型的圓點(diǎn)劃分進(jìn)不同的兩個(gè)類別時(shí)，大腦的兩個(gè)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生EEG信號(hào)。研究方式是測量這個(gè)過程產(chǎn)生的EGG信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，研究員給動(dòng)物們看各個(gè)圓點(diǎn)種類的兩個(gè)例子，或者說”標(biāo)本”.每一輪實(shí)驗(yàn)結(jié)束后標(biāo)本的數(shù)量加倍，剛開始的時(shí)候，動(dòng)物們可以輕松地記住哪個(gè)標(biāo)本是屬于哪個(gè)分類的.但是最后當(dāng)標(biāo)本數(shù)量變得很大時(shí),動(dòng)物們很難記住所有標(biāo)本長什么樣,它們則開始學(xué)習(xí)總結(jié)每個(gè)分類的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)最后，猴子們能正確歸類256個(gè)不同標(biāo)本。

當(dāng)猴子們的學(xué)習(xí)方式從死記硬背轉(zhuǎn)換到研究每一個(gè)類別時(shí)，研究者在EEG上看到了相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)移。由前額皮層和紋狀體產(chǎn)生的腦電波,也就是”β波”，開始相互同步。Miller說,這個(gè)發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著兩個(gè)區(qū)域間交流回路的形成。

他說：“一些未知的原理導(dǎo)致腦電波共振，之后大腦區(qū)域間的回路開始一唱一和起來?；芈返墓缠Q可能為之后大腦長期的適應(yīng)性改變打下基礎(chǔ),使結(jié)構(gòu)上的回路真正形成。但是，這一切都從腦電波的一唱一和開始。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，動(dòng)物們學(xué)會(huì)了分類，它們的紋狀體和前額皮層間出現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立的回路，分別對(duì)應(yīng)不同的類別。

“擴(kuò)大知識(shí)面”

以前有研究發(fā)現(xiàn)，大腦在進(jìn)行有認(rèn)知需求的任務(wù)時(shí)，額葉和視覺皮層同步的腦電波增多。但是Miller的實(shí)驗(yàn)室第一次揭露了特定腦電波同步方式與特定思考方式有關(guān)聯(lián)的事實(shí)。

Miller和Antzoulatos同時(shí)表示，前額皮層學(xué)習(xí)各個(gè)類別，并把類別信息發(fā)送給紋狀體之后，前額皮層會(huì)隨著新信息的加入進(jìn)行自我修正，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更廣闊。這個(gè)過程會(huì)不斷重復(fù)。

Miller說，這就是人類如何在不斷擴(kuò)充知識(shí)中擁有開放性思維的。前額皮層并不僅僅學(xué)習(xí)類別,它還要形成能將類別信息輸送給紋狀體的回路,就好像皮層將新材料交給大腦進(jìn)行精細(xì)加工一樣。

研究員們會(huì)在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中研究大腦如何學(xué)習(xí)更抽象的類別,以及紋狀體和前額皮層的活動(dòng)是如何對(duì)應(yīng)抽象類型。