韩国汉阳大学发现学习运动技术的脑科学原理

韩国汉阳大学(Hanyang University)近日表示,心理脑科学系金成信教授发现了解释学习和熟悉首次接触的运动技术的过程脑科学原理。心理脑科学系是2021年新开设的学科,对人类的意思决定与AI的重叠领域进行研究,进行以新技术开发为焦点的研究和学问。

金成信教授

        人从出生到死亡,学习各种运动技术。比如行走、用筷子夹食物、演奏乐器、开车等日常的所有事情都是通过学习运动技术实现的。然而,在学习和熟悉这些运动技术的过程中, 对于我们的大脑会发生什么样的变化还没有详细的说明。

       金教授组为了验证这一点,向学习者们提出了新的运动课题,并通过功能性核磁共振成像装置(fMRI)观察了大脑的变化。 在实验中,金教授组注意到了大脑领域中与奖励(reward)相关的蝌蚪模样的未详核(caudate nucleus)的作用。 观察结果显示,随着训练的进行,学习运动技术时获得的奖励信息从未上核的头部移动到了尾部。

       另外,研究人员还发现,未成年核的头部与大脑前头叶(负责判断和推论)、尾部与大脑运动皮层(负责运动功能)相互作用,根据其强度可以预测每个人的运动能力差异。

       此次研究结果首次表明,负责愉快、奖励、激励的未成年核对学习新的运动技术并形成习惯具有重要作用。

       金教授表示”通过这次研究,我们期待对因帕金森综合征引起的运动障碍有更深入的理解并对治疗的方法提出新的观点和接近方法。 这不仅能为开发有效的人工智能系统带来灵感,还能为今后理解和发展脑-机械连接系统做出贡献。”

       此次研究得到基础科学研究院新一代基础研究领导事业的支援,于9月8日刊登在《美国国家科学院会报(PNAS)》上。 该论文由基础科学研究院脑科学形象研究团(京畿道水原市)所属的崔艺罗(Choi Ye-ra)、申润荷(Shin Yoon-ha)研究员共同担任第一作者,汉阳大学教授金成信作为通讯作者参与。

(左) 实验者实际操作电脑鼠标的轨迹。随着学习的进行为了能够顺利到达四角上的目标物,学习通过手指的动作移动鼠标的方法。
(右) 30名实验参加者进行7次实验期间的学习曲线。
此图说明随着训练从初期到后期进行,与奖励相关的信息从头部移动到尾部的现象。
此图说明未详核的头部与尾部分别与额叶和运动皮层相互作用,其强度可以预测每个人的运动能力的差异。