作者:刁雯蕙 来源:中国科学报 发布时间:2020/12/4 21:28:52
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黄艳:探索本能行为 向脑疾病进发

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深圳先进院脑疾病与脑认知研究所副研究员黄艳

“我们能够意识到的东西,只是冰山一角,大部分的信息都处在冰面以下。”7月初,格致论道的演讲台上,中国科学院深圳先进技术研究院脑疾病与脑认知研究所的黄艳副研究员说道。

探索大脑就像宇航员探索宇宙,神秘而复杂。对于黄艳来说,脑认知研究就像是一个黑匣子的输入到输出的推理过程,如何巧妙地设计实验(输入),再对行为的输出结果进行分析,从而推导出大脑对信息的加工过程,并在推导过程中发现问题、解决问题,这就是脑认知研究的吸引人之处。

用拓扑学探索本能恐惧

今年5月,在黄艳团队发表于《神经科学通报》的成果中,将拓扑学的概念运用于脑科学研究,发现拓扑变化能够削弱大脑的本能恐惧反应。

什么是拓扑变化?作为数学领域的一个分支,拓扑学认为,一个物体在连续形变的过程中,能保持不变的一种性质叫做拓扑性质。就像一张橡皮薄膜,无论它如何被拉扯形变,橡皮薄膜的拓扑性质都不会发生改变,一旦薄膜被撕成了两半,或薄膜被扯破出现洞的时候,其拓扑性质就发生变化了。

“就像疾速向你飞来的老鹰,你本能地会感到害怕,但如果它突然变成了一个甜甜圈,再迅速地变回老鹰,你就没那么害怕了。”黄艳描述道。早在1982年,中国科学院生物物理研究所的陈霖院士在《科学》发表的一篇文章中指出,人的视觉系统对拓扑变化非常敏感,能在5毫秒内感知物体的拓扑性质。

黄艳表示,拓扑性质之所以被大脑快速加工可能是因为大脑中还存在一条皮层下通路,这条通路负责拓扑性质和与生存密切相关的信息的加工,这也就是拓扑知觉能干扰本能恐惧反应的原因。

“精神分裂症和自闭症患者往往存在异常的恐惧知觉,而拓扑性质知觉异常可能影响恐惧信息的加工。”黄艳表示,研究拓扑性质的皮层下通路的加工机制,很有可能成为破解众多脑疾病奥秘的钥匙,而拓扑性质的变化降低恐惧感这一发现,也将有助于深入了解相关脑疾病的发生机制。

玩转测试 因材施教

2005年,在获得保研资格后,黄艳从物理学转到了认知神经科学,并进入中国科学院生物物理研究所,跟随陈霖院士研究脑认知领域。作为一名脑科学基础研究领域的科研人员,如何把自身的能力运用到对社会更有用的地方,是黄艳一直以来思考的问题。

2019年11月,由黄艳担任负责人的“脑科学与学习能力研究联合实验室”推出的脑认知能力测试小程序,正式在高新技术成果交易会(高交会)上亮相。结合已有的脑认知研究成果,黄艳团队在微信小程序中设计了一整套范式,用以测试大脑的注意力、工作记忆、反应速度、执行能力、空间想象能力、推理能力等。

据介绍,自小程序开发以来,在团队的不断完善下,目前已经形成了一套完备的脑认知能力测试体系,累计在线使用人数达到两千多人。未来,团队还将进一步完善这款测试小程序,通过细化测试体系,为不同的年龄群体提供不同程度的测试内容。

目前,团队已经推动测试小程序走进中小学校,对学生开展脑认知能力测评,结合团队独有的训练软件,并利用测试结果对学生进行个性化脑认知能力训练辅导。教育需要因材施教,在黄艳看来,脑认知能力的测试可以帮助孩子找到自己的天赋,从而对特定能力进行培养和加强。

向脑疾病进发 给大脑办张“健身卡”

如果说测试脑认知能力是为了发现问题,那么设计认知训练,则是为了解决问题、预防问题。黄艳团队针对脑认知能力测试开发了独有的认知训练软件,通过游戏模式,来提高记忆力、注意力等方面的脑认知能力。

“就像健身一样,大脑也需要锻炼,通过设计特定的认知训练,能够减缓大脑老龄化。”黄艳团队致力于用无创的方法来测试和训练大脑,希望能够做到对一些脑疾病的早期诊断和预防。

“科研需要两条腿走路,一方面深入基础研究,另一方面科研人员应该与社会接轨,服务民生。”黄艳表示,未来团队也将继续深入研究不同年龄群体的认知训练,向脑疾病进发。

谈到脑科学在深圳的发展,黄艳充满期待。深圳先进院产学研融合的氛围、学科交叉的特色,为拓展脑科学研究提供更多可能性;此外,光明科学城作为综合性国家科学中心的载体,脑科学大设施在其中的布局和建设,也将进一步促进脑科学研究领域的发展。

 
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