本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
今年四月,美国国防高级研究计划局 (DARPA) 宣布 了一项计划的合同,旨在开发实用的方法来帮助人们 更快地学习。在随后的新闻报道中,这项努力立即让人联想到《黑客帝国》——基努·里维斯饰演的尼奥在其中被重新编程大脑,从而瞬间掌握了功夫。
DARPA 以其技术开发计划设定远大目标而闻名。但它并没有要求这项耗资 6 千万美元、为期四年的努力的承包商 找到一种方法,让特种部队士兵上传神经代码,从而瞬间完成完美的武术蝴蝶踢。
不过,该机构确实授予了合同,以寻找某种方法,通过刺激大脑外部周围神经系统中的神经,将外语学习速度提高多达 30%,这仍然是一个相当不错的目标。
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从外科植入设备向颈部的迷走神经发送电流已被批准用于治疗癫痫和抑郁症。DARPA 的计划,默认考虑到强制性手术可能对考虑参加速成普通话课程的学生来说是不可接受的,因此希望开发一种非侵入性设备来刺激周围神经,可能是在耳朵中。目标不仅是加快外语学习速度,还要促进模式识别任务,例如梳理监控图像。
当然,学习与在格式化的磁盘上写入比特无关。眼睛或耳朵的感官输入会引发一系列事件,将信号传递到大脑约 860 亿个神经元组成的巨大神经基质的各个区域。
DARPA 的目标神经可塑性训练 (TNT) 计划的第一部分将包括基础研究。它将尝试证实,通过中央神经系统外部的周围神经施加电流,最终将使某人能够执行诸如更快地区分普通话中的“ma”字是否具有多种含义的任务,例如母亲 (mā) 或马 (mǎ),具体取决于声调。
DARPA 决定追求学习增强,是因为已发表的研究表明,周围神经刺激可以产生信号化学物质——神经调节剂,例如去甲肾上腺素——这些物质有助于学习期间发生的重新布线——用技术术语来说就是“突触可塑性”。
我询问了 DARPA TNT 计划负责人道格·韦伯,关于使用神经刺激设备与服用莫达非尼、利他林或任何其他据称具有认知增强特性的药物化合物之间的区别。“使用药丸不容易做到的事情,使用神经刺激可以很容易地做到,那就是控制时间和剂量,”韦伯说。吞咽药丸可能会在乙酰胆碱、去甲肾上腺素或其他信号分子通过您的系统后提高它们的水平,但摄入无法与 ma 音发出的确切时刻配对。
除了对《黑客帝国》的文化致敬之外,TNT 还唤起了当前科技界对神经黑客的追捧——服用药丸或佩戴头戴设备以提高认知能力。如果在线 DIY 爱好者的话可信,那么刺激大脑以帮助语言学习已经有了一个漫无目的的开始。尝试搜索关键词“tDCS”和“语言学习”。然后查找诸如 Reddit 帖子之类的结果,标题为“使用 TDS 加速外语学习”。另外,不要错过“tDCS 给我带来了阅读障碍吗?”
无论是购买的还是 DIY 的,tDCS(经颅直流电刺激)都是神经黑客们当今流行的时尚。它通过放置在头皮上的两个电极将少量电流导入大脑。许多关于 tDCS 的帖子更多地关注头皮上的正确电极放置,而不是 mā 与 mǎ 的细微差别。
怀疑主义也弥漫在已发表的文献中。《心理科学》杂志 5 月 16 日在线发表的一项研究表明,在老年人的认知训练计划中添加 tDCS 几乎没有益处。韦伯说,TNT 计划有意避开了 tDCS
您正在将非常小的电流施加到头皮上,如果您从最小电阻路径的角度来看,这意味着大部分电流将被分流通过头皮,因此您的皮肤将吸收大部分电荷。很少有,如果有的话,会通过颅骨,因为颅骨很厚,并且是一个高阻抗屏障。而任何确实涓滴通过颅骨的电流,再次强调,非常少,也将被脑脊液 [脑脊液] 和位于大脑神经元和颅骨之间的其他液体分流。因此,仅从纯粹的物理学角度来看,任何效果对我来说都是神奇的,而对于周围神经,我们确切地知道刺激的直接效果是什么。
即便如此,研究人员仍然必须弄清楚在我们学习某些东西时发生的神经连接重新映射过程中会发生什么——这绝非易事。检测信号分子水平何时升高——这是神经刺激可能正在产生预期效果的迹象——必须通过检查瞳孔大小和其他间接措施来完成。
越仔细地观察学习过程中发生的事情,就越会感到谦卑。今年五月,我发布了 对谈,采访了马克斯·普朗克心理语言学研究所的法尔克·胡蒂格,他是一位研究人员,刚刚发表了一项关于文盲成年人学习阅读时大脑中发生的巨大变化的研究。除了《大众科学》在线发表的问题外,我还问胡蒂格,他是否认为简单地通过周围神经脉冲电流就足以加速学习。他告诉我:“关于迷走神经和三叉神经刺激可以让人们更快地学习外语的假设当然很有趣,但非常渺茫。”
韦伯说,DARPA 决定专注于少数几个领域,例如学习外语,因为周围神经刺激被认为是增强辨别声音能力的好方法——再次强调,má 与 mà 的挑战。他欣然承认,许多事情仍然未知。例如,可能有必要采取措施来确保新技能的记忆不会很快被遗忘,也许可以通过某种方式增强睡眠。但韦伯指出,DARPA 的雄心壮志仍然可能产生回报:“如果我们对大脑如何适应、获取和改进认知技能有所了解,那么该计划的任何部分成功都将产生重大影响。”