耶魯大學(xué)教授：“懲罰-獎(jiǎng)賞”反饋機(jī)制有助于集中注意力
? 體育運(yùn)動(dòng)需要高度的注意力。圖片來(lái)源：Pixabay
撰文 | 劉嘉欣
責(zé)編 | 陳曉雪
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你是否有過(guò)這樣的經(jīng)歷：盯著黑板卻不知道老師在講什么？看著題目卻仿佛某一刻智商未上線？駕駛時(shí)卻連對(duì)面過(guò)來(lái)的車輛都不知道躲讓？
注意力不集中是常有發(fā)生的事，但很多情況下，當(dāng)我們知道自己走神的時(shí)候，已經(jīng)太晚。我們都不希望自己是那個(gè)在課堂上昏昏睡去被老師批評(píng)的那個(gè)，也不希望是工作時(shí)間被美食電影分散精力的一心多用者，更不希望是駕駛途中被對(duì)面車輛快要撞上時(shí)閃爍的大燈喚醒的那個(gè)。
如何提高我們的注意力，盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保持專注呢？
耶魯大學(xué)心理學(xué)系教授、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Nicholas Turk-Browne的研究發(fā)現(xiàn)，我們的注意力是非常有限的,大腦能夠過(guò)濾掉我們看到的無(wú)關(guān)緊要的模糊的東西，留下清晰而鮮艷的目標(biāo)。但在很多情況或特定專業(yè)里，需要人們具備長(zhǎng)時(shí)間注意細(xì)節(jié)的能力。
Turk-Browne教授一直致力于通過(guò)為人們提供快速精準(zhǔn)的反饋意見(jiàn)來(lái)提高他們的專注力。2017年6月10日，Turk-Browne在中科院計(jì)算技術(shù)研究所舉辦的“理解未來(lái)”講座上分享了他的這一研究。
Turk-Browne團(tuán)隊(duì)經(jīng)常采用的一種技術(shù)是功能性核磁共振成像技術(shù)（Real-time fMRI），這是推動(dòng)當(dāng)前神經(jīng)科學(xué)的一項(xiàng)重要發(fā)明，通過(guò)檢驗(yàn)血流進(jìn)入腦細(xì)胞的磁場(chǎng)變化從而實(shí)現(xiàn)腦功能成像的技術(shù)，它能給出更精確的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。神經(jīng)元在大腦中的活躍與繁衍都依賴于氧氣，而氧氣要借由神經(jīng)細(xì)胞附近的微血管以紅血球中的血紅素運(yùn)送過(guò)來(lái)。因此，當(dāng)腦神經(jīng)活化時(shí)，其附近的血流會(huì)增加來(lái)補(bǔ)充消耗掉的氧氣。由于帶氧血紅素與去氧血紅素之間磁導(dǎo)率不同，含氧血跟缺氧血量的變化使磁場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)而能被偵測(cè)出來(lái)。借由重復(fù)進(jìn)行某種思考、動(dòng)作或經(jīng)歷，可以用統(tǒng)計(jì)方法判斷哪些腦區(qū)在這個(gè)過(guò)程中有信號(hào)的變化，因而可以找出是哪些腦區(qū)在執(zhí)行這些思考、動(dòng)作或經(jīng)歷。
但是，功能性核磁共振成像也有局限——為病人提供反饋的時(shí)間較為漫長(zhǎng)，數(shù)據(jù)分析可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)月之久。對(duì)于專注行為這樣短時(shí)間內(nèi)極其容易變化的活動(dòng)，fMRI的作用可以說(shuō)是微乎其微。而Turk-Browne博士所利用的實(shí)時(shí)腦成像（Real-time fMRI）可以在1到2秒內(nèi)對(duì)掃描大腦后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幾乎同步地反應(yīng)人腦的活躍狀況。有了及時(shí)的反饋意見(jiàn)，人們可以利用反饋信息及時(shí)調(diào)整行為，以達(dá)到時(shí)刻警惕的狀態(tài)。
為了測(cè)試人們的注意力，Turk-Browne與同事設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)：他們?yōu)楸粶y(cè)試者提供了一組由人臉和場(chǎng)景圖合成的畫面，人臉和場(chǎng)景分別做了50%程度的透明化處理。參與者需要在2分鐘內(nèi)持續(xù)地觀察不同人臉與場(chǎng)景的合成圖，并辨認(rèn)出其中的場(chǎng)景是室內(nèi)還是室外。如果是室內(nèi)場(chǎng)景，則需要對(duì)研究者作出回應(yīng)，反之，室外場(chǎng)景則不需要任何回應(yīng)。因而，這項(xiàng)任務(wù)的重點(diǎn)就是要集中注意力在場(chǎng)景畫面上。實(shí)驗(yàn)的一個(gè)小把戲在于，根本沒(méi)有室外場(chǎng)景的畫面，參與者被不斷地給出只有室內(nèi)場(chǎng)景的畫面，久而久之，人就會(huì)因此而不那么專注，事實(shí)是，被試者的注意力確實(shí)發(fā)生了變化。
那么，研究者是如何知曉參與者注意力的變化呢？實(shí)時(shí)功能性磁共振成像技術(shù)就在這時(shí)發(fā)揮作用：通過(guò)對(duì)參與者大腦的掃描，獲得實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，掃描儀每幾秒鐘就能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾和分析，并以毫米為單位繪制出一系列大腦的圖像，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的模型，在參與者分別關(guān)注場(chǎng)景和人臉的時(shí)候，大腦活動(dòng)的區(qū)別就能顯現(xiàn)出來(lái)。而最關(guān)鍵的一步，是要利用分析結(jié)果及時(shí)給人們提供反饋意見(jiàn)，讓他們知道自己的注意力是否集中在正確的東西上。
問(wèn)題是，參與者如何得到注意力變化的反饋呢？Turk-Browne團(tuán)隊(duì)采用的是“懲罰”與“獎(jiǎng)賞”反饋機(jī)制。最開(kāi)始，圖像中場(chǎng)景和人臉各自占比50%，當(dāng)觀察到被測(cè)試者注意力不夠集中在場(chǎng)景上時(shí)，也就是說(shuō)，出現(xiàn)思想拋錨的情況，研究者就采取“懲罰”機(jī)制，降低場(chǎng)景的占比（使之更難以辨認(rèn)），迫使參與者集中精力去辨認(rèn)場(chǎng)景；相反，如果大腦的注意力集中在場(chǎng)景上，研究者就采用“獎(jiǎng)賞“機(jī)制，讓場(chǎng)景越來(lái)越清晰，以這樣的方式告訴他們注意力的變化。
在整個(gè)過(guò)程中，參與者們注意力的變化呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)。一開(kāi)始他們可能會(huì)被人臉?lè)稚⒆⒁饬Γ憩F(xiàn)并不是很好，于是得到相應(yīng)懲罰，場(chǎng)景的圖片漸漸模糊，迫使他們?cè)絹?lái)越集中精力，隨之場(chǎng)景也會(huì)慢慢清晰，意識(shí)到自己被“獎(jiǎng)勵(lì)“后，他們的注意力又會(huì)漸漸被人臉吸引，依此反復(fù)，他們的大腦在控制他們所能看到的畫面。
在反饋測(cè)試培訓(xùn)過(guò)程中，很多人被觀察到注意力越來(lái)越集中，維持長(zhǎng)時(shí)間注意力的能力也變得更強(qiáng)。有觀點(diǎn)認(rèn)為他們?cè)跍y(cè)試中當(dāng)然會(huì)表現(xiàn)更好，因?yàn)樗麄冎雷约涸趨⒓訙y(cè)試。但事實(shí)上，在日常生活中這些人的注意力也得到了顯著的提高。
同樣地，實(shí)時(shí)注意力培訓(xùn)的辦法還可以用于緩解抑郁的狀態(tài)。很多人抑郁時(shí)的共同癥狀就是專注于悲傷的事情，看到萬(wàn)事萬(wàn)物不美好的一面。然而，“黛玉葬花”般的心境并不能緩解抑郁，反而會(huì)加重情緒的惡化。這時(shí)可以繼續(xù)用實(shí)時(shí)注意力培訓(xùn)的辦法讓抑郁者轉(zhuǎn)移注意力，去關(guān)注美好的東西，不去看悲傷的事物。研究者觀察到，通過(guò)實(shí)時(shí)磁共振和神經(jīng)反饋的訓(xùn)練辦法，抑郁者的抑郁程度真的有了改善。當(dāng)然Turk-Browne博士也坦言，他們需要更多的數(shù)據(jù)和臨床測(cè)試來(lái)證實(shí)這一辦法的有效性。
實(shí)時(shí)磁共振與神經(jīng)反饋的方法當(dāng)然不局限于提升注意力與緩解抑郁癥，未來(lái)包括嬰幼兒失眠預(yù)防、記憶力恢復(fù)等很有現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題都有望被迎刃而解。對(duì)人類大腦的探尋之路是無(wú)限廣闊的，神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域也在一天天地突破我們的想象。
參考文獻(xiàn)：
Debettencourt M T, Cohen J D, Lee R F, et al.Closed-loop training of attention with real-time brain imaging[J]. NatureNeuroscience, 2015, 18(3):470.
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