日美研究出改变对容貌好恶的大脑机理

2016-09-140阅读0

  日本国际电气通信基础技术研究所(ATR)与布朗大学的研究组于2016年9月9日宣布了新发现:通过在大脑皮层的高阶区诱导特定的时空活动模式,测试者对于容貌的喜好可以向喜欢、厌恶两个方向转化。由此有望开发出新的医疗技术,改善引发精神疾病等的高阶大脑区域的活动异常状况。

  

本次研究的概要

  通过诱导扣带皮层产生脑活动,操作容貌喜好的好恶(图:AMED的发布资料)

  最近几年使用动物开展的研究表明,一个脑区关联着多种认知功能。研究组在2011年开发出了基于人工智能技术和功能性磁共振成像(fMRI:functional Magnetic Resonance Imaging)的神经反馈法(DecNef)。通过使用这种方法在脑区诱导特定的活动模式,可以调查认知发生的变化,在人脑研究领域,也有望创造出超越单纯的功能化学说的、重要而又新颖的方法。

  

研究的流程

  预先评定测试者对于400张脸部照片的喜好,根据过程中扣带皮层的活动模式制作喜好解码器,通过利用DecNef训练来诱导扣带皮层的活动模式,调查了喜好的变化(图:AMED的发布资料)

  研究组首先分10级测定测试者对于400幅容貌照片的喜好,制作了根据扣带皮层的活动模式推定测试者喜好评级的解码器。然后对测试者进行为期3天的训练,让测试者在使用解码器展示特定脸部照片(喜欢组12张,讨厌组12张)的同时,自主引导自己的扣带皮层产生与好恶相关的活动模式。最后重新测定测试者对于400张脸部照片的喜好评级,观察喜好是否因为DecNef训练而发生了变化。

  

DecNef使容貌喜好发生变化

  对于在DecNef训练中展示的脸部照片,喜欢组的喜好评级明显上升,而讨厌组明显降低。对于在DecNef训练中没有展示的面部照片,喜好评级没有发生变化(图:AMED的发布资料)

  喜好解码器的原理是使用fMRI检测测试者评定脸部照片喜好时扣带皮层的活动,使用人工智能中的一种——稀疏线性回归算法,计算出扣带皮层的脑活动模式与喜好的关系。只要制作出了喜好解码器,就可以得到“喜好评价推测值”,判断出现在扣带皮层的脑活动模式是更接近喜欢(喜好评级=10),还是更接近讨厌(喜好评级=1)。

  

脑活动模式的变化越大,喜好评级的变化越大

  模式的变化程度与喜好评级的变化存在正相关。

  在DecNef训练中,研究人员会先在屏幕上播放一小会儿脸部照片,然后让测试者改变自己的脑活动。这时,屏幕上将出现绿点,其代表的是脑活动模式良好程度的反馈,测试者并不知道喜好解码器的计算过程,只被告知“要让绿点尽可能变大”。

  

在DecNef训练中,脑活动模式只在扣带皮层发生了变化

  (图:AMED的发布资料)

  研究人员会把测试者操作脑活动时扣带皮层的活动模式输入喜好解码器,计算喜好评级的推测值。对于脸部照片,喜欢组的推测值越大(喜好评级接近10)圆点越大,而讨厌组的情况相反,推测值越小(喜好评级接近1)圆点越大。也就是说,测试者不知不觉地将自己的扣带皮层的活动模式引导到了特定方向(喜欢组是喜欢的方向,讨厌组是讨厌的方向)。

  在进行为期3天的DecNef训练后,对于在DecNef训练中展示的脸部照片,喜欢组的喜好评级明显上升,而讨厌组明显降低。另一方面,对于DecNef训练中未展示的脸部照片,好恶没有发生变化。这些结果表明,通过DecNef可以使容貌喜好向喜欢或是讨厌两个方向转变,这依靠的是DecNef训练中诱导产生的活动模式与脸部照片的联动。

  这些结果还证明,DecNef训练中各位测试者脑活动模式变化的程度与喜好评级变化的程度存在相关关系,容貌喜好之所以改变,是因为DecNef诱导产生的脑活动模式发生了变化。另外,脑活动模式变化传输强度大的位置基本局限在扣带皮层内,喜好评级的变化主要是在扣带皮层内产生的。

  研究表明,之前只在视觉皮层等比较低阶的脑区有应用先例的DecNef也适用于认知功能等高阶区,容貌喜好可以通过人为操作,向喜欢或是讨厌转变。这意味着DecNef诱导产生的变化可以恢复,操作具有可逆性,证明了DecNef的安全性。

  今后,如果以DecNef为代表的神经反馈法能够用来改善强迫症、慢性疼痛、自闭症、抑郁症、创伤后应激障碍等疾病的症状,作为与传统的药物治疗和行为治疗以往的药物治疗和行为治疗截然不同的新治疗方法,有可能为医疗作出巨大的贡献。另一方面,因为测试者不清楚脑活动模式诱导的具体内容,操作稍有不慎,有可能会被视为洗脑,在伦理道德方面还需要慎重研究。

  本次研究是日本医疗研究开发机构(AMED)脑科学研究战略推进的“基于DecNef的精神疾病诊断和治疗系统的开发与临床应用基地的构建”研究的一环。研究成果已于2016年9月8日刊登在了《PLoS Biology》杂志上。(特约撰稿人:工藤宗介)

  (全文完)