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经颅电刺激,或有好前途 精选

已有 849 次阅读 2022-1-26 23:57 |系统分类:科研笔记

在前面一篇博文引用的例文中,提到了经颅直流电刺激(transcranial dircet current stimulation, tDCS)。这是一种非侵入式脑刺激(non-invasive brain stimulation)技术,通过放在头皮上的电极,对脑的特定区域进行一定时间的微电流刺激,旨在改变相应脑区的神经活动特性。此种技术采用专门的电刺激发生仪,有直流电模式,也有交流电模式,既可用于医疗,也可用于研究。

很多人都体会过外语的重要,也可能体会过学习外语的艰难,特别是记忆单词的苦恼。不过,人们往往有这样的经验:有时,自己学习外语单词十分高效,不仅记得快,而且记得牢,过了很久依然记得清清楚楚;有时,学习外语单词非常低效,不仅记得慢,而且记不牢,没过多久其实忘得差不多了。同时,记得又快又牢的单词未必是简单易记的,记得又慢又差的单词也未必就是复杂难记的。

很自然地,人们会说,记忆单词讲究状态,状态对了,学习和记忆得就好;状态不对,学习和记忆得就差。人们所说的状态可能很复杂,不过,从学习和记忆主要是脑内过程的角度看,这样的状态可以限定在脑内。实际上,现在已有技术和仪器能够探索学习过程中涉及的脑区,也有技术和仪器能够改变有关脑区的活动状态。从而,通过有关技术和仪器来改善或增进单词学习,已经有了初步的理论框架和实验结果。

功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究显示,有效的语言学习依赖于大脑左半球背外侧前额叶皮层(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)的激活(Spaniol et al., 2009)。一般来说,学习是各种进程的结果,最为重要的,是个体之前注意到的内容,而这样的进程是由DLPFC来引导的(Mayes & Roberts, 2001)。缺乏注意,对客体的知觉就会不充分,获得的信息就会不完整,造成记忆系统的输入不太可靠,影响信息在长时记忆的存贮。显然,注意是学习的必要但非充分条件。

来自tDCS-fMRI的研究表明,刺激大脑左侧的DLPFC,能够增强注意网络的静息态fMRI连通性(Keeser et al., 2011),而分散注意的任务则会导致较差的学习结果。对语言材料编码的研究表明,在分散注意条件下,大脑左侧的DLPFC会产生改变,提示当注意资源受到影响时,有效编码的可能性降低(Uncapher & Rugg, 2005)。类似地,通过运用各种认知策略的精细加工,也就是把注意集中于具体的特征方面,可以有效促进学习。其实,DLPFC在学习新词的过程中可能有多种作用,包括对新词特征的注意调节、启动学习策略、转换学习策略。

不过,fMRI是相关研究,如果进一步考察DLPFC在外语单词学习中的作用,需要用实验研究。作为一种神经调节技术,tDCS依靠神经元水平上静息膜电位的极化,可以通过阳极刺激而兴奋脑区活动,也可以通过阴极刺激而抑制脑区活动(Stagg & Nitsche, 2011)。这样的技术能够为DLPFC在外语单词学习中的作用提供更直接的证据。

采用tDCS的已有研究,主要考察命名与提取流畅性。例如,对大脑左侧DLPFC的阳极刺激能够促进命名成绩(Monti et al., 2013)。其他考察语言记忆编码的研究显示,对大脑左侧DLPFC进行阳极刺激,能促进随后的记忆;对大脑左侧DLPFC进行阴极刺激,则妨害随后的记忆(Javadi & Walsh, 2012)。不过,这些研究并非考察对外语单词学习的情况。此外,在学习前或学习后,对大脑左侧DLPFC的阳极刺激,对于随后记忆成绩的效应,并非总能得到促进的结果(Lara et al., 2017)。

在一项研究中(Bolling, King, Enam, & McDonough, 2021),研究者采用tDCS刺激DLPFC的方法,考察促进外语单词学习的效应。被试是美国人,他们在连续的两天里,学习斯瓦希里语-英语单词对子。在学习前,每次都接受1毫安、1.5毫安的经颅直流电刺激或假的刺激。在学习时,鼓励被试对关联的英语单词创造心像。学后24小时和一周后,被试接受有线索的回忆测验。

结果发现,两次测试都存在线性的刺激强度-反应效应,即刺激后的即时效应和之后的长时效应。进一步的比较显示,只有1.5毫安条件与假的刺激条件存在差异。随后的行为研究,探索策略使用。结果表明,心像策略使用没有明显影响学习,不过指出了其他可能的机制,包括注意到多种知觉细节的重要性和记忆巩固问题。这项研究的初步证据,支持DLPFC或连通区域在外语单词学习和语言记忆编码中的作用。

tDCS这样的神经调节技术,通常不能显著改变行为(Medina & Cason, 2017)。许多程序差异可能解释这种情况,比如,刺激时间(执行任务前或执行任务中)、刺激的次数、刺激的强度、电极的位置。不过,较少探索的一个原因是刺激有效性的个体差异。

参考文献

Bolling, A. J., King, V. L., Enam, T., & McDonough, I. M. (2021). Using transcranial direct current stimulation (tDCS) on the dorsolateral prefrontal cortex to promote long-term foreign language vocabulary learning. Brain and Cognition, 154, 105789.

Javadi, A. H., & Walsh, V. (2012). Transcranial direct current stimulation (tDCS) of the left dorsolateral prefrontal cortex modulates declarative memory. Brain Stimulation, 5, 231-241.

Keeser, D., Meindl, T., Bor, J., Palm, U., Pogarell, O., Mulert, C., ...Padberg, F. (2011). Prefronral transcranial direct current stimulation changes connectivity of resting-state networks during fMRI. Journal of neuroscience, 31, 15284-15293.

Mayes, A., R., & Roberts, N. (2001). Theories of episodic memory. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences, 356, 1395-1408.

Medina, J., & Cason, S. (2017). No evidential value in samples of transcranial direct current stimulation (tDCS) studies of cognition and working memory in healthy populations. Cortex, 94, 131-141.

Monti, A., Ferrucci, R., Fumagalli, M., Mameli, F., Cogiamanian, F., Ardolino, G., & Priori, A. (2013). Transcranial direct current stimulation (tDCS) and language. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, 84, 832-842.

Spaniol, J., Davidson, P. S. R., Kim, A.S. N., Han, H., Moscovitch, M., & Grady, C. L. (2009). Event-related fMRI studies of episodic encoding and retrieval: Meta-analyses using activation likelihood estimation. Neuropsychologia, 47, 1765-1779.

Stagg, C. J., & Nitsche, M. A. (2011). Physiological basis of transcranial direct current stimulation. The Neuroscientist, 17, 37-53.

Uncapher, M. R., & Rugg, M. D. (2005). Encoding and the durability of episodic memory: A functional megnetic resonance imaging study. Journal of Neuroscience, 25, 7260-7267.



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