研究中使用的耳塞样 tVNS 设备。图片来源：Leonard Lab/UCSF/Jhia Louise Nicole Jackson
由匹兹堡大学（University of Pittsburgh）和加州大学旧金山分校（UCSF）神经科学家完成的一项新研究展示了一种耳塞样的简单设备，能够悄无声息地刺激通向大脑的关键神经，从而极大提升佩戴者学习新语言发音的能力。该设备可能拥有广泛的应用前景，增强其他学习效果。
对于英语母语者来说，汉语普通话是最难学的语言之一，一部分原因在于该语言与世界上许多其他语言一样使用声调，即用音高的独特变化来改变字词的意思，否则这些词听上去都一个样。发表在《自然》合作期刊npj Science of Learning上的新研究表示，研究人员使用精准定时的非侵入方式刺激迷走神经，极大提升了英语母语者分辨普通话声调的能力。迷走神经是连接大脑和身体其他部位的12条脑神经中最长的一条。此外，刺激迷走神经也让受试者以两倍快的速度学会发出一些普通话声调。
“非侵入式外周神经刺激能够让语言学习更加简单，这一发现表明我们有可能改善在多种领域中的认知表现。为”研究的主要作者Fernando Llanos说道，他是匹兹堡大学声音大脑实验室（Sound Brain Lab）的博士后。
“这是非侵入式迷走神经刺激提高健康人复杂认知技能（诸如语言学习等）的第一批成果演示之一。”UCSF威尔神经科学研究所（Weill Institute for Neurosciences）神经外科系助理教授Matthew Leonard说，正是他的团队研发了神经刺激设备。Leonard也是新研究的资深作者之一，同为资深作者的还有Bharath Chandrasekaran博士，匹兹堡大学健康康复学院（Pitt School of Health and Rehabilitation Sciences）交流科学和交流障碍系的教授和研究副主席，也是声音大脑实验室主任。
研究人员使用一种称作“经皮迷走神经刺激”（tVNS）的非侵入式技术，在外耳放置一个小型刺激设备，使用人无法察觉的电脉冲刺激神经附近的分支，来激活迷走神经。
实验示意图，图片来源：Kenneth Probst/UCSF
为了完成自己的研究，研究人员招募了36名英语为母语的成年人，使用声音大脑实验室研发出来的一套用来研究语言学习神经生物学机制的任务，通过自然语言示例，来训练他们识别普通话的四个声调。
在这四个声调中，英语作为母语的人能够轻易分辨出其中两种。受试者会接受到与这两种声调匹配的细微tVNS，结果发现，受试者在分辨这两种声调方面取得了快速进步。训练结束后，与佩戴tVNS设备但没有接受刺激的对照组相比，接受刺激的受试者的声调分类能力平均提高了 13%，并且达到能力峰值的速度也快了两倍。
“大家普遍认为成年人无法学习新语言的声音模式，但我们以往的研究已经表明，并非人人如此。”Chandrasekaran说，“在这项研究中，我们看到 tVNS 诱导缩小了个体差异，缩小的幅度要比我在其他干预方式中看到的更多。”
“这一方法可能填平语言学习能力中天赋的差异。”Leonard说，“一般来讲，一旦人们觉得新语言非常难学，他们可能就会灰心；但如果你能让他们在第一阶段的学习效果提升13%到15%，他们可能更愿意学下去。”
现在，研究人员正在测试使用tVNS展开更长时间的学习是否会影响受试者的学习能力，从而分辨出英语为母语的人更难辨认的另外两种声调，因为在当前研究中，这一能力并没有得到显著提升。
图片来源：Pixabay
数十年来，迷走神经刺激一直被用来治疗癫痫，最近也证明能给其他一系列疾病带来益处，包括从抑郁症到炎症疾病，尽管我们尚不了解这些益处的具体机制。但是，大部分这些发现都用到了侵入式刺激，包括植入胸部的脉冲生成器。与此相比，使用简单的非侵入式迷走神经刺激来促进能力的大幅提升有望实现更加廉价、更加安全的临床和商业应用。
研究人员猜测，tVNS 通过增强大脑大片区域中神经递质的信号传导，暂时强化对呈现的听觉刺激的注意力，从而促进长期学习，最终提升学习能力。这一机制还需要更多的研究来验证。
“我们用一种完全安全的、非侵入式的方式展示稳健的学习效果，可能使该技术延用至更广泛的消费者身上和医学应用领域内，比如中风后的康复过程。”Chandrasekaran说，“下一步我们将要理解其中的神经机制，建立一套理想的刺激参数，以实现最大程度的大脑可塑性。我们认为tVNS 是增强大脑受损个体康复能力的有效工具。”
翻译：阿金
审校：戚译引
引进来源：匹兹堡大学
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