众所周知，无论是一项运动、一种乐器还是一门手艺，掌握一项新技能都是需要花费时间并进行训练的。虽然我们都知道健康的大脑能够应付的来，但是为了开发出新行为大脑如何发生改变科学家们对此仍知之甚少。
近日，美国匹兹堡大学的一个研究团队发表在《美国国家科学院院刊（PNAS）》上的研究，揭示了当学习者从新手成长为专家时，大脑中发生了什么。他们发现，随着长期学习，大脑中出现了新的神经活动模式，并在这些模式和新行为能力之间建立了因果关系。
该研究属于“认知神经基础研究中心”的一部分，这是一项跨机构的研究和教育项目，目的是提升匹兹堡大学在基础和临床神经科学以及生物工程领域的研究能力，该研究还有卡耐基梅隆大学的认知与计算神经科学专家参与。
研究第一作者、生物工程博士后研究员Emily Oby说：“我们使用了脑-机接口(BCI)，它在研究对象的神经活动和电脑光标的移动之间建立了直接联系。我们在研究中要求恒河猴移动屏幕上的光标，使其与目标对齐。在它们执行任务时，我们记录了其主要运动皮层控制手臂区域大约90个神经单元的活动。”
图片来源：PNAS
为了确定恒河猴是否会在学习过程中形成新的神经模式，研究团队鼓励它们尝试一种新的BCI技能，然后将这些记录与先前的神经模式进行比较。
Oby说：“我们首先向恒河猴展示了一种我们所说的从它们的神经活动到光标的‘直观映射’，这种映射与其神经元的自然放电有关，而且不需要任何学习。然后，我们通过引入一种新映射形式的技能来诱导学习，这种映射要求恒河猴学习需要产生新神经模式才能移动光标。”
就像学习大多数技能一样，该团队的BCI任务需要几个环节的练习和一些指导。
研究通讯作者、生物工程助理教授Aaron Batista说：“我们发现，一周后，我们的实验对象能够学会如何控制光标。这非常令人惊讶，因为我们从一开始就知道它们没有执行这项技能所需的神经活动模式。果然，当在恒河猴学习后观察它们的神经活动时，我们发现新的神经活动模式已经出现，而这些新模式使猴子能够执行任务。”
这些发现表明，人类掌握一项新技能的过程也可能涉及到新神经活动模式的产生。
研究共同作者、生物医学工程助理教授Byron Yu说：“尽管我们只是使用动物对象研究了单一的特定任务，但我们相信这可能就是大脑学习新事物的方式。想一下弹钢琴所需的手指灵巧度的学习。在练习之前，大脑可能无法产生合适的神经活动模式来实现恰当的手指运动。”
研究共同作者、生物医学工程助理教授Steven Chase说：“我们认为，长期的练习建立起了新的突触连接，直接导致新的活动模式的发展，从而产生新能力。我们认为这项研究适用于任何想学习的人，无论是想学习使用脑机接口的瘫痪患者，还是想要重新获得正常运动能力的中风幸存者。如果可以在运动学习的过程中直接观察大脑，那我们就能够设计出神经反馈策略，使形成新神经活动模式的过程更加容易。”
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