当大脑受到压力时,某些神经信号会开始同步振荡–就像一个排练好的交响乐团。约翰内斯-古腾堡美因茨大学(Johannes Gutenberg University Mainz,JGU)的一项新研究首次显示了这种神经同步是如何灵活适应不同情况的,以及这种动态协调与认知能力的密切联系。
“该研究的第一作者、美因茨约翰内斯古腾堡大学心理学研究所的安娜-莱娜-舒伯特教授解释说:”认知能力较高的人大脑中额区的特定信号同步性较好,尤其是在思维要求较高的阶段:综合》杂志上发表。研究人员重点研究了大脑中额区和可测量到的所谓θ波的协调。这些脑电波的振荡频率在四到八赫兹之间,属于较慢的神经频率。”舒伯特是吉大复杂数据分析与建模实验室(Laboratory for Analysis and Modeling of Complex Data)的负责人。
额叶中部区域具有较强θ连接性的人通常能更好地集中注意力,不受干扰
这项研究的148名参与者年龄在18至60岁之间,他们首先完成了评估记忆力和智力的测试,然后使用脑电图(EEG)记录了他们的大脑活动。这种方法通过连接在头皮上的电极来测量大脑中的微小电信号,是一种精确了解认知过程的成熟技术。在脑电图记录期间,参与者完成了三项智力要求较高的任务,旨在评估认知控制能力。
研究人员感兴趣的是参与者在不断变化的规则之间灵活切换的能力,这是智能信息处理的一个重要方面。例如,受试者必须按下一个按钮来决定一个数字是偶数还是奇数,然后再决定这个数字是大于还是小于 5。每次规则的改变都需要快速调整心理策略–这一过程使研究人员能够实时密切观察大脑网络的协调情况。
结果发现:认知能力较强的人在关键时刻,尤其是在决策过程中,会表现出特别强的θ波同步。他们的大脑更能在关键时刻保持思想集中。”舒伯特解释说:”额叶中部区域θ波连接较强的人通常更善于集中注意力和屏蔽干扰,无论是工作时手机震动,还是在繁忙的火车站看书。
研究为了解智力如何在神经层面发挥作用提供了重要见解
安娜-莱娜-舒伯特教授对大脑节律的协调与认知能力的密切联系尤为惊讶。”她说:”我们没想到这种联系会如此明显。决定性因素并不是持续的同步,而是大脑灵活调整时间的能力–就像管弦乐队跟随经验丰富的指挥一样。中额区通常是这种协调的基调,但它也与大脑的其他区域一起工作。在做出决定时,这种中额θ连接似乎特别相关,但在为新任务规则做心理准备时则不相关。
以往有关认知表现的脑电图研究大多是对孤立脑区的活动进行研究。与此相反,本研究采用了基于网络的方法,考察了不同区域在完成多项任务时如何相互作用,以确定稳定的总体模式。研究结果表明,认知能力的个体差异与大脑的动态网络行为有关。研究人员认为,基于大脑的培训工具或诊断等潜在应用还很遥远。不过,这项研究将为了解智力如何在神经层面发挥作用奠定重要基础。目前正在莱茵-美因地区招募 40 岁及以上的参与者参与后续研究,该研究将调查哪些生物和认知因素额外支持这种高效的大脑协调,以及其他认知能力(如处理速度和工作记忆)在其中发挥了什么作用。