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戴上这种神经刺激耳塞,学习第二语言非常容易吗

发布时间:2020-08-09 15:02

用于癫痫等疾病的迷走神经刺激治疗方法已有 20 多年的时间,但它通常是以植入电极的手术方式出现,以便电极直接与颈部神经接触。

近日,加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所神经外科学系助理教授 Matthew Leonard 博士和他的同事们开发出了一种类似耳塞的电极,能够不知不觉地刺激通向大脑的关键神经,可以显著提高佩戴者学习新语言语音的能力。此外,这种装置在促进其他类型的学习方面也有广泛的应用。入耳式神经刺激设备对经颅的迷走神经的刺激可以显著提高人类学习新语言语音的能力。而在这项最新研究中,Leonard 和他的团队使用了一种称为经皮迷走神经刺激(tVNS)的无创技术,即在外耳中放置一个小型刺激器,使用不易察觉的电脉冲刺激迷走神经周围的其中一个分支,从而激活迷走神经。

研究实验在 36 名母语为英语的成年志愿者身上测试了该入耳式设备。该实验主要是训练他们识别自然语言示例中汉语普通话的四个声调,并使用 Sound Brain Lab 开发的一组任务来研究语言学习的神经生物学变化。

由于神经刺激难以察觉,因此志愿者们不知道是否接受到刺激,或是何时收到这种刺激。为了验证经颅迷走神经刺激是否能够显著地提高人类学习新语言发音的能力,实验将 36 名志愿者中的 12 人作为对照组,不接受任何刺激,但遵循与干预组相同的设定程序,以此进行对比测试。

结果表明,受试者可以通过同步神经刺激和普通话发音来提高学习能力。其中,接受不易察觉的、同时与有两个普通话声调配对的 tVNS 的受试者在学习辨别这些声调方面表现出快速的进步。

在训练结束时,接受神经刺激的参与者在普通话声调分类方面平均提高了 13%,达到峰值的速度是那些佩戴 tVNS 设备但从未接受过刺激的对照组的两倍。

研究人员表示,这些发现提供了进一步的证据,表明外周神经调节可能是一个增强行为和知觉范式有用的工具,包括更高水平的认知任务,如语音学习。加上经过严格测试的训练模式,tVNS 可以让缺乏幼儿时期神经可塑性特征的成年人在挑战性任务(如学习新语言)方面取得更好的成绩。未来的外语语音学习以英语为第一语言的成年人认为最难学习的语言之一,就是中文的普通话,部分原因是汉语和世界上许多其他难学的语言一样,使用不同的音调变化,即“声调”,来改变原本发音相同的单词的意思。

Leonard 及其研发团队认为,迷走神经的刺激可以通过帮助人们注意学习过程中正确的事情来促进学习,这也首次证明无创迷走神经刺激可以增强普通人的语言学习能力和其他复杂的认知技能。

尽管仅测试了普通话的声调,但 Leonard 的观点是,原则上该实验可适用于任何语言的学习。随着世界相互联系地越来越紧密,他认为每个人都有机会学习其他语言和文化,像无创迷走神经刺激这样简单、廉价、安全的技术可能有助于语音学习领域的公平竞争。

Pitt's Sound Brain Lab 的博士后研究员 Fernando Llanos 在谈到这项新兴研究时说,“无创外周神经刺激可以使语言学习更容易,这可能为提高认知能力打开了一扇大门。”

Pitt 健康和康复科学学院研究副主任,同时也是 Sound Brain Lab 的主任 Bharath Chandrasekaran 博士也对这项研究也有很高的评价。他评论道,“人们普遍认为,人在成年后无法掌握新语言的发音模式,但就我们的研究历史表明,并非每个人都如此。在这项研究中,我们发现 tVNS 比我见过的任何其他干预措施都能减轻这些个体差异带来的影响。”

Leonard 对此补充道,“这种方法的出现可能会使自然变化的语言学习能力的竞争环境趋于平衡。一般来说,人们往往会对语言学习的越发困难而感到气馁,难以沉下心来继续学习,但如果可以让一个人在第一次学习后取得 13% 到 15% 的进步,也许这会成为对他的嘉奖、动力,鼓励他,让他更愿意自主学习。”

迷走神经刺激实验近来被认为对从抑郁症到炎症性疾病等一系列问题都有很大的促进作用,尽管这些益处是如何被赋予的还不清楚。在这些疾病治疗的案例中大多都使用了创伤型的刺激方式,其中就包括在胸腔中植入脉冲发生器。相比之下,使用简单、无创的迷走神经刺激能够显著提高学习能力,这可能导致临床和商业应用的成本和安全性显著提高。

Chandrasekaran 还说:“我们正在以一种完全无创和安全的方式展示出强大的学习效果,这有可能使这项技术扩展到更广泛的消费和医疗应用领域,比如中风后的康复。而我们下一步则是要深入了解潜在的神经机制,并设置一套效果理想的刺激参数,以最大限度地提高大脑的可塑性。我们认为 tVNS 是一种有效的工具,可以提高脑损伤患者的康复能力。”

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