“青年科学家奖”得主Cell子刊解析神经学习

来自北京大学行为与心理健康北京市重点实验室，北大-清华生命科学中心等处的研究人员发文，发现外侧膝状体(lateral geniculate nucleus,LGN)神经信号能通过训练得到放大，成人通过知觉学习诱导的神经可塑性也许不局限于皮质的水平，早在丘脑水平就已经开始了。

　　

生物通报道：来自北京大学行为与心理健康北京市重点实验室，北大-清华生命科学中心等处的研究人员发表了题为“Perceptual Learning of Contrast Detection in the Human Lateral Geniculate Nucleus”的文章，指出外侧膝状体(lateral geniculate nucleus,LGN)神经信号能通过训练得到放大，成人通过知觉学习诱导的神经可塑性也许不局限于皮质的水平，早在丘脑水平就已经开始了。

这一研究成果在线公布在11月10日的Current Biology杂志上，领导这一研究的是北京大学心理与认知科学学院院长，行为与心理健康北京市重点实验室主任方方教授。方教授在无意识视觉信息处理及其神经机制研究等方面取得了许多重要的成果，比如证明了人类视觉系统背侧通路可以表征无意识物体，以及无意识信息可以影响空间注意的分配，从而揭示了无意识信息的神经表征和功用。今年5月，他荣获了国际心理科学联合会“青年科学家奖（基础科学）”，国际心理科学联合会是国际心理学界最高组织，“青年科学家奖”于2012年首次设立，每四年评选一次，此次该奖项颁发给方教授，是对方教授近年来学术贡献的巨大肯定。

在我们人的一生当中，大脑不断的通过感性认知进行修改，我们的感知觉系统时刻进行动态调整以更好地加工外部刺激输入，形成优化的信息表征并针对特定任务产生正确的决策。反复的知觉学习或知觉训练更是能够显著的提高几乎所有的知觉能力。比如，有经验的影像科医生能快速准确的从CT图像上辨别出肿瘤的位置；乒乓球运动员能精准的判断出球的运动方向和速率；老年人可以通过训练提高对比度知觉，从而提高驾驶安全。

今年4月，方教授研究组在PNAS杂志上发文，发现知觉学习效应能够从习得的视觉任务迁移到未学习的视觉任务，导致正常成年人视觉系统的脑区功能的重塑。

这项研究揭示了成人大脑皮层的深度可塑性——即便在被认为功能分区相对固化的视觉系统内，后天知觉训练可显著改变既往的脑区功能。人类神经系统能够根据不同脑区的神经表征精确度，动态调节它们在知觉决策中的贡献。

在此基础上，研究人员利用功能性磁共振成像、经颅磁刺激和心理物理实验手段，发现外侧膝状体(lateral geniculate nucleus,LGN)神经信号能通过训练得到放大，成人通过知觉学习诱导的神经可塑性也许不局限于皮质的水平，早在丘脑水平就已经开始了。

（生物通：万纹）

作者简介：

方方
教授，博导
北京大学心理与认知科学学院院长，行为与心理健康北京市重点实验室主任，麦戈文脑科学研究所常务副所长，教授, 博士生导师。1997年和2001年分别毕业于北京大学心理学系和信息科学技术学院，获理学学士和工学硕士学位。2006年毕业于美国明尼苏达大学心理学系，获哲学博士学位。2006年至2007年继续在明尼苏达大学心理学系从事博士后研究。2007年入职北京大学心理学系。主要利用脑成像技术、心理物理学和计算模型研究视知觉、意识、注意和它们的神经机制。

方方教授所获学术荣誉和奖励包括：****（北京大学，2007年）、国家杰出青年科学基金（国家自然科学基金委，2009年）、中国青年科技奖（中共中央组织部、人力资源和社会保障部、中国科学技术协会，2011年）、教学优秀奖（北京大学，2011年）、****特聘教授（教育部，2011年）、王选优秀青年学者奖（北京大学，2012年）、政府特殊津贴（国务院，2014年）、中青年科技创新领军人才(科学技术部，2014年)、百千万人才工程国家级人选（人力资源和社会保障部，2015年）、国家有突出贡献中青年专家（人力资源和社会保障部，2015年）、青年科学家奖（国际心理科学联合会，2016年）、****科技创新领军人才(中共中央组织部、科学技术部，2016年)。

方方教授担任北京大学-清华大学生命科学联合中心高级研究员、北京大学机器感知与智能教育部重点实验室教授、北京大学麦戈文脑研究所研究员、Applied Informatics编委、Current Biology编委、Experimental Brain Research编委、Frontiers in Biology编委、Frontiers in Perception Science编委、Science China: Life Sciences编委、International Journal of Computer Mathematics特邀编委、中国神经科学学会常务理事、中国心理学会国际学术交流工作委员会副主任和中国科学院心理健康重点实验室客座研究员。

原文摘要：

Perceptual Learning of Contrast Detection in the Human Lateral Geniculate Nucleus

The brain is continuously modified by perceptual experience throughout life. Perceptual learning, which refers to the long-term performance improvement resulting from practice, has been widely used as a paradigm to study experience-dependent brain plasticity in adults [ 1, 2 ]. In the visual system, adult plasticity is largely believed to be restricted to the cortex, with subcortical structures losing their capacity for change after a critical period of development [ 3, 4 ]. Although various cortical mechanisms have been shown to mediate visual perceptual learning [ 5–12 ], there has been no reported investigation of perceptual learning in subcortical nuclei. Here, human subjects were trained on a contrast detection task for 30 days, leading to a significant contrast sensitivity improvement that was specific to the trained eye and the trained visual hemifield. Training also resulted in an eye- and hemifield-specific fMRI signal increase to low-contrast patterns in the magnocellular layers of the lateral geniculate nucleus (LGN), even when subjects did not pay attention to the patterns. Such an increase was absent in the parvocellular layers of the LGN and visual cortical areas. Furthermore, the behavioral benefit significantly correlated with the neural enhancement. These findings suggest that LGN signals can be amplified by training to detect faint patterns. Neural plasticity induced by perceptual learning in human adults might not be confined to the cortical level but might occur as early as at the thalamic level.