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神经可塑性技术突破意味着什么

人的成长是一个不断学习和适应的过程,根据需求“拷贝”着各种知识、技能。因此,一个人最初的十几年甚至二十几年光阴,都要花费在摄取知识、技能上。

这种成长模式,对军事人员来说尤为“奢侈”。军事领域急速迭代更新的特性,迫使军事人员必须以超强的认知能力,在最短时间内学习、掌握、驾驭高新技术和先进武器,以最快速度适应瞬息万变的战场环境。

军事人员的认知能力,一直是决定军事实力的关键因素之一。随着新兴科技迅猛发展,致力于军事作战人员认知增强的“神经可塑性训练”,日益受到各国军队重视。

大脑的“代偿现象”表明:神经可塑性的确存在

早在19世纪末、20世纪初,就有学者提出,我们的大脑功能是会随环境不断变化的。科学家发现,大脑受损的患者,其受损脑区的相关功能一开始会基本丧失。但随着时间推移,他们健康的大脑结构会代替受损区域,发挥该结构原本不具备的功能。

这就好像一支交响乐团,唯一的钢琴家退出了,为了正常演出,乐团中的一位大提琴手站了出来,去尝试掌握钢琴弹奏技巧,没过多久就能代替钢琴家演出了。

这种“代偿现象”,让科学家意识到了大脑的可塑性和适应能力。

后续研究发现,神经可塑性不仅在这种极端情况下才表现出来,正常人在各年龄段,大脑都表现出强大的神经可塑性。最典型的便是各脑区“用进废退”现象。即像肌肉一样,人脑中常用的脑区会变得“发达”,而缺乏锻炼的脑区则会停止发育甚至逐渐萎缩。

比如出租车司机的大脑海马区(神经元细胞集结区域)灰质含量,要显著高于公交司机。因为出租车司机每时每刻面临不同的行车路线,必须经常锻炼自己的路线记忆能力,才能把乘客准确送达目的地。

又比如射击运动员的大脑神经连接,与普通人会有明显差异。因为长期的运动技能学习,会引起其运动相关脑区的连接变化,以满足更高精度的射击技能需求。

在20世纪中叶,“神经可塑性”一词被正式提出。伴随着影像技术的发展,神经科学进展飞速,神经可塑性相关的实验及研究成果不断涌现。研究显示,不只是儿童,成年人、老年人甚至老年痴呆患者,他们的大脑神经可塑性依然在发挥着作用。

提高神经可塑性:从维持功能到增强认知

神经可塑性理论的提出,对脑科学应用有着重大推动作用。尤其在医学领域,人们开始思考:如何通过神经可塑性,促进脑损伤患者的功能恢复。

一项比较经典的技术,是经舌神经刺激技术(TLNS)。研究者发现,如果在患者康复训练时,同步向患者舌头施以带有固定频率的电刺激,一段时间后,脑损伤患者的运动能力就会有明显改善。研究者分析,这可能是因为电刺激传到了大脑的三叉神经等与感知运动和前庭功能相关的重要神经结构,从而激活了相关神经网络的可塑性。

最近,一项对负伤军人的临床研究发现,即便是军人负伤后多年才开始康复训练和TLNS治疗,医生依然能在对其治疗的初期,观察到其大脑的“代偿现象”,也就是健康区域开始对损伤区域进行功能补偿。

更让医生惊讶的是,治疗不仅让负伤军人在生理上逐渐恢复,还改善了他们的认知能力,增强了听力和专注力。

既然激活神经可塑性能改善患者的认知能力,那么在正常人中应用同样的技术,是否能让他们的认知能力更进一步呢?答案是肯定的。

最近,几项脑科学研究发现,同样是对普通人进行认知能力训练,配合TLNS技术的一组人表现出更稳定的脑功能变化。这说明,通过对大脑进行电刺激,会提高正常人神经可塑性,进而使其认知能力突破自身极限。

然而,TLNS技术本身是有局限的,其电传导通路固定,使用者必须在口中含着设备。因此,这一技术干预范围有限,还会影响正常行动,目前并不是在正常人中广泛应用的最佳技术。

为提高脑刺激的灵活性和精度,同时兼顾安全性、便携性,科学家发明了颅外无创伤刺激技术。其中,比较常见的就是经颅磁刺激技术和经颅直流电刺激技术。

经颅磁刺激技术,利用了电磁感应现象,通过在外部制造电流变化,在大脑内部形成磁场、诱发电流,从而增强或抑制某个脑区的活动。

这一技术的优势是,在非侵入前提下,实现较为精准的大脑区域刺激,从而改变人的认知功能或行为。比如,科学家可使用经颅磁刺激技术,控制你某一根手指的活动。目前,经颅磁刺激技术主要应用于科研和医疗领域,能帮助激发脑损伤患者的神经可塑性,改善其认知、行为功能的恢复速度、程度。

有资料显示,国外一些研究机构正试图利用经颅磁刺激技术对正常人进行干预,影响其认知、情感等心理过程,进而改变其观点态度等。这一技术的劣势也十分明显:由于磁场生成装置较为笨重,使用者很难随身携带,更难实现在运动中保持对某一位置的精准干预。

而经颅直流电刺激技术,直接在头皮上放置电极,传导电流进入大脑。相对于经颅磁刺激技术,该技术在精度上略显粗糙,无法掌控电流在头皮的流动过程。

研究发现,将经颅直流电刺激的电极放在不同位置进行不同模式电刺激,可实现不同神经可塑性功能。如提高注意力、影响情绪、改善决策品质等。

神经可塑性训练:从“饱和刺激”到“精准激发”

不难看出,虽然目前无创脑刺激技术已能促进普通人群的神经可塑性,但神经可塑性训练还远未达到“指哪儿打哪儿”的理想效果。

若要精准高效地提高人的某项认知能力和技能,尚需更为完整精细的大脑功能图谱,以及更为精准便携的技术手段。

提高人脑的神经可塑性,带来的是人学习、适应、恢复能力的飞跃,对教育、医疗、经济、军事等诸多领域的推动作用不言而喻。

即便在理论与技术上有着不小阻碍,各国依然将目光聚焦于人脑,各种机构和组织陆续开启了脑计划、脑工程,着力揭示大脑、干预大脑。

近20年来,在各国研究者努力下,脑机接口精度与便携化程度不断提升,大脑的精细结构与功能也相继被揭示。有关专家表示,在不久的将来,能够精准、高效、持久激发神经可塑性技术必然会出现。

据悉,一些国外机构已将神经可塑性训练及相关设备研发作为专门的国防科研工程。

神经可塑性训练技术为军事领域带来的益处,远不止于造就一批具有高超学习能力的军事人员。无论是对脑损伤官兵生理、心理的治疗,还是对健康官兵的学习、训练、战场和作战行动适应能力的增强,神经可塑性均具有广泛的应用前景。

来源:解放军报



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原文地址《 神经可塑性技术突破意味着什么》发布于2021-5-4

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