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连接参与和学习之间的点点滴滴

我们都听到过这样的格言:“如果一开始您不成功,请尝试一下,然后再试一次。”但是卡内基梅隆大学和匹兹堡大学的最新研究发现,重复并不是全部。相反,参与等内部状态也会对学习产生影响。

这项合作研究发表在《自然神经科学》上,研究了使用脑机接口(BCI)技术的内部状态的变化(如唤醒,注意力,动机和参与度)如何影响学习过程。研究结果表明,内部状态的变化可以系统地影响行为随着学习而改善的方式,从而为更有效的方法快速教授人们的技能和提高熟练程度铺平了道路。

内部状态可以调节大脑的神经活动,并且研究继续探索其对运动控制,感觉处理和认知的影响。然而,人们对内部状态与学习之间的具体相互作用还没有很好的理解。

卡内基·梅隆大学神经计算和机器学习研究生Jay Hennig解释说:“直觉上,我们在学习不同的事物时会发现神经活动会发生变化,因为行为会随着实践而变得更好。” “但是,我们发现的是,这不仅仅是变得更好。学习的同时进行的所有事情,例如一个人的注意力水平或唤醒状态,都起着重要的作用。”

研究人员使用BCI学习范例观察了神经活动如何变化,以及内部状态的变化对这些变化的影响程度,因为受试者通过仅使用神经活动模式在计算机屏幕上移动光标来执行任务。

随着研究的开展,研究小组开始注意到运动皮层内神经种群活动的偶然性大而突然的波动。最初,他们不明白为什么会这样,但是随着时间的流逝,他们逐渐意识到,只要受试者对任务的变化感到惊讶,就会发生波动。(变化范围从短暂的暂停到BCI映射的扰动。)在这些时刻,受试者的瞳孔扩大了,这表明突然的波动是内部状态(参与)的神经表现。

卡内基·梅隆大学和神经科学研究所的生物医学工程副教授史蒂夫·蔡斯说:“我们并没有在神经数据中寻找这种特殊的作用。” “瞳孔直径与我们在神经活动中看到的参与信号紧密相关,并且似乎对运动皮层产生巨大影响。”

最终,研究表明,取决于环境,受试者的参与或关注水平可以使事情变得更容易或更难学习。

“您可能已经想象过大脑将建立起清晰的功能分离,例如运动区域到运动控制,情感区域到情绪控制,以及感觉区域到感觉表示,”该学院生物工程学教授Aaron Batista说道。匹兹堡大学。“我们发现的是一种偶然的内部状态侵入运动区域。可能是我们可以利用该信号来改善学习。”

该小组的工作正在进行中,并且是与卡内基·梅隆大学和匹兹堡大学之间的跨大学研究和教育计划神经认知中心合作进行的,该中心利用每个机构的优势来研究引起这种现象的认知和神经机制。生物智能和行为。

拜伦说:“我们合作的独特部分之一就是我们在整个项目中的集成程度,从实验设计,实验进行到数据分析再到采用,我们都参与其中。”卡内基·梅隆大学生物医学工程和电气与计算机工程教授Yu。“这里的发现可能有一天可以帮助人们更快地,更高水平地学习日常技能,例如数学或舞蹈。”

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