通过非侵入性神经刺激学习外语声音

迷走神经的插图。

匹兹堡大学和加州大学旧金山分校（UCSF）的神经科学家进行的新研究表明，在UCSF开发的一种简单的类似耳塞的设备可以无形地刺激通向大脑的关键神经，可以显着提高佩戴者学习声音的能力。一种新语言。该设备也可能具有广泛的应用，以促进其他类型的学习。

普通话被认为是母语为英语的人最难学习的语言之一，部分原因是该语言与世界上许多其他语言一样，使用了独特的音高变化（称为“音调”）来改变原本会发音的单词的含义。相同的。在今天发表在《自然科学》杂志《自然科学》（npj）上的这项新研究中，研究人员通过精确定时，无创地刺激迷走神经，显着提高了以英语为母语的人区分普通话音调的能力。连接大脑和身体其他部位的12条颅神经。更重要的是，迷走神经刺激使研究参与者能够更快地拾取一些普通话音调。

皮特声音大脑实验室的博士后研究员，主要作者费尔南多·拉诺斯（Fernando Llanos）博士说：“表明无创性周围神经刺激可以使语言学习变得容易，这有可能为改善广泛领域的认知表现打开一扇门。”

tVNS电极。

加州大学旧金山分校威尔研究所神经外科系助理教授马修·伦纳德（Matthew Leonard）博士说：“这是无创迷走神经刺激可以增强诸如健康人语言学习之类的复杂认知技能的首批证明之一。”为Neurosciences的团队开发了神经刺激装置。伦纳德（Leonard）是这项新研究的资深作者，与皮拉特（Pitt）健康与康复科学学院传播科学与疾病学系教授兼研究副主席Bharath Chandrasekaran博士，以及健全脑实验室主任。

研究人员使用了一种称为经皮迷走神经刺激（tVNS）的非侵入性技术，其中在外耳中放置了一个小型刺激器，并且可以通过不明显的电脉冲刺激迷走神经来刺激附近的神经之一。

在他们的研究中，研究人员招募了36位以英语为母语的成年人，并训练他们使用自然脑实验室开发的一组任务，以自然语言为例，识别普通话中的四种语调，以研究语言学习的神经生物学。

tVNS耳塞到位。

收到不易察觉的tVNS并与两种普通话相对应的与会者，这两种普通话通常使英语使用者更容易分辨，显示出在学习区分这些音调方面的快速进步。到培训结束时，这些参与者在音色分类上平均提高了13％，并且达到峰值性能的速度是戴着tVNS装置但从未受到刺激的对照参与者的两倍。

钱德拉塞卡兰说：“人们普遍感觉成年后无法学习一种新语言的声音模式，但从历史上看，我们的工作并不适合所有人。”“在这项研究中，我们发现tVNS比我所见过的任何其他干预措施更能减少这些个体差异。”

伦纳德补充说：“这种方法可能会为语言学习能力的自然可变性提供一个公平的竞争环境。”“总的来说，人们会因语言学习的艰辛而灰心，但是如果您能在某人第一次参加会议后给他们带来13％至15％的更好的学习成绩，也许他们会更愿意继续学习。”

现在，研究人员正在测试较长时间的tVNS培训是否会影响参与者的学习能力，以区分两种音调，而这两种音调很难让英语使用者分辨，这在当前研究中并未得到明显改善。

迷走神经的刺激已被用于治疗癫痫病数十年，近来与从抑郁症到发炎性疾病等广泛问题的益处相关，尽管这些益处的确切分配方式仍不清楚。但是，这些发现大多数都使用了侵入性刺激形式，其中包括植入胸部的脉冲发生器。相比之下，使用简单的非侵入性迷走神经刺激来显着促进学习的能力可能会导致更便宜，更安全的临床和商业应用。

研究人员怀疑tVNS可以通过广泛增强大脑广泛区域的神经递质信号来促进学习，从而暂时增强对所呈现听觉刺激的关注并促进长期学习，尽管还需要进行更多的研究来验证这种机制。

“我们正在以一种完全非侵入性和安全的方式展示强大的学习效果，这有可能使该技术可扩展到更广泛的消费和医疗应用，例如中风后的康复，” Chandrasekaran说。“我们的下一步是了解潜在的神经机制，并建立理想的刺激参数集，以最大化大脑的可塑性。我们认为tVNS是有效的工具，可以增强患有脑损伤的个体的康复。”

###

参考：Fernando Llanos，Jacie R.McHaney，William L.Schuerman，Han G.Yi，Matthew K.Leonard和Bharath Chandrasekaran撰写的“无创性周围神经刺激选择性地增强成人的语音类别学习”，2020年8月6日，npj学习。
10.1038 / s41539-020-0070-0

其他作者是皮特（Pitt）的Jacie McHaney；以及UCSF的William Schuerman博士和Han Yi博士。

该研究由美国国防部高级研究计划局有针对性的神经可塑性计划资助（合同号：N66001-17-2-4008）。