專業的影像科醫生可以在複雜的X光片中準确識别出病竈的位置，出色的乒乓球運動員可以在乒乓球高速飛行的過程中就辨别出乒乓球旋轉的方向和速度。面對非常細微、轉瞬即逝的視覺特征，這些”最強大腦“的非凡感知能力，往往并非天賦異禀，而是來自于每個人都擁有的神經系統的可塑性。通過訓練而實現的感知覺能力的提升，被稱為”知覺學習“。

知覺學習的研究已有數十年的曆史，對于視、聽、觸覺這些對于生物生存基本且保守的感覺功能，知覺學習現象的發現反映了神經系統巨大的靈活性，讓我們看到了神經損傷後認知能力恢複以及特種人員的超級能力的訓練的希望。beat365官方网站、IDG麥戈文腦科學研究所、北大-清華生命科學聯合中心方方課題組近年來一直關注知覺學習這一課題，一方面從原理解析的角度，探索感知覺能力提升背後的神經加工機制，一方面從神經調控的角度，探索增強知覺學習效果的創新方法，取得了一系列成果。

2023年6月19日，方方課題組與beat365官方网站李健研究員課題組、beat365計算機學院王亦洲教授課題組合作，在《Current Biology》發表題為“Dyadic visual perceptual learning on orientation discrimination”的研究論文，運用功能磁共振腦成像與心理物理學實驗，首次揭示了社會情境對于視覺知覺學習的促進作用以及相關的神經加工機制。美國布朗大學Luke Rosedahl博士和Takeo Watanabe教授為本研究專門撰寫了推薦文章“Perceptual Learning: Training together makes us better”，稱本研究為理解知覺學習做出了令人興奮的、嶄新的貢獻，并擴展了知覺學習研究的版圖。

知覺學習過程中感知覺能力的提升，起初被認為隻與感知覺加工相關的腦區或神經活動相關，證據是受訓提高的感知覺能力對于訓練任務有着很大的特異性，訓練左眼判斷條紋的朝向變得更加敏銳了，但換到右眼，表現的提升則會比較有限，改變隻是發生在”基層“的單眼神經元。但是随着研究證據的積累，研究者逐漸發現感知覺系統雖然基礎且保守，但并非一座孤島，感知覺神經活動的變化，同樣也受到注意網絡、獎賞系統的調控，當研究者操縱受試者在知覺訓練過程中的注意力，或改變訓練過程中的反饋或獎勵，都有可能幹預知覺學習的過程，帶來截然不同的學習效果。

每個個體也同樣不是一座孤島，人類是社會性的動物，在漫長的曆史過程中，人類的大腦與族群不斷協同演化，幫助個體和族群更好地适應環境。那麼人類與生俱來的社會性，是否會調控基礎的感知覺功能呢？在既往的知覺學習研究當中，受試者往往是單獨進行訓練，因而忽略了在日常生活中普遍存在的社會情境對于學習的影響。在最新發表的研究中，方方研究團隊通過一種創新的實驗範式，讓兩名受試者同時進行基礎視覺任務的訓練，并可以通過訓練程序的反饋，了解到同伴實時的表現情況。通過與單獨訓練的單人訓練組進行比較，實驗結果顯示在社會情境下訓練的雙人學習組，無論是提高的總量，還是學習的速率，都表現出了顯著的提升。特别地，當為期六天的雙人訓練結束後，對雙人組受試者進行單獨測試時，感知覺的提升也能得到保留。這一結果證明了感知覺加工，如同其他很多高級認知過程一樣，也可以受到社會情境的影響和增強。

進一步地，實驗發現知覺學習的提升效果，和學習搭檔的能力有着很強的關系，和表現更好的搭檔一同訓練，往往提升的效果也會更好。在文章的第二個實驗中，研究團隊操縱了學習搭檔的能力，設置了提前經過一段時間訓練，任務表現更好的“強搭檔” ，和在訓練過程中被偷偷增加實驗任務難度，任務表現更差的“弱搭檔”。實驗結果顯示和”強搭檔“一同訓練，知覺學習的速率和總量都得到了更大的提升，而和”弱搭檔“配對，則僅僅在訓練之初表現出了學習速率的提升，當訓練趨于尾聲，任務表現的提升都相較于單人學習無異。這一結果提示不同的搭檔會帶來不同的社會情境，引發不同類型的社會比較，從而影響知覺學習的過程。向上比較會進一步刺激受試者在知覺任務中實現更大的提升，而向下比較則會讓受試者滿足于現狀，停滞不前。

圖1 雙人知覺學習範式示意圖（左上），兩名受試者共同完成知覺訓練任務。視覺訓練任務示意圖（右上），受試者被要求判斷相繼出現的兩個黑白條紋之間細微的朝向角度變化。行為實驗結果示意圖，雙人學習能夠更有效地促進知覺學習的效果，帶來更大的表現提升（左下），以及更快的學習速率（右下）。

在第三個實驗中，研究團隊利用功能磁共振腦成像，探究了雙人知覺學習背後的神經加工機制，通過對訓練前和訓練後受試者大腦的掃描和分析，結果顯示，經過雙人訓練後，與單人訓練相比，初級視皮層V1和外側枕葉LO對視覺特征的辨别能力都有進一步顯著，反映了社會情境對于知覺的影響可以發生在非常早期的階段。而通過在訓練過程中對單人訓練和雙人訓練的比較，研究發現頂葉和背外側前額葉這些與社會認知密切相關的腦區，會在兩種訓練之間表現出不同的活動模式，并在雙人訓練過程中表現出與視覺皮層更強的功能連接。這些結果顯示與社會認知相關的腦區會參與到知覺學習的過程當中，并提示高級腦區與感覺皮層的互動，會影響初級感覺皮層的可塑性變化。

圖2 利用功能磁共振腦成像探究雙人學習的神經加工機制。雙人學習能夠顯著提升初級視皮層和外側枕葉對于朝向的神經解碼正确率（上圖），雙人學習過程中，頂葉與背外側前額葉與早期視皮層的功能連接顯著增強（下圖）。

本研究是方方課題組近年來知覺學習系列研究中的重要一環，對于探明知覺學習的神經機制和開發增強知覺學習的方法兩方面均有貢獻。一方面，通過創新的實驗設計，研究團隊大膽地探索了高級社會認知功能對于初級視覺知覺學習的影響，提示以一個複雜系統的視角研究真實世界學習或神經可塑性的必要性；另一方面，通過探索增強知覺學習的方法，為後續認知增強或康複研究提供了一種新思路，借助人類自身的神經環路和社會心理屬性，可以直接提升行為訓練的效果。相比于外加的電磁神經調控方式或者藥物調控方式，可以預見這種方法會有更小的安全風險和更高的耐受性和接受度。

方方課題組已畢業博士生張翼飛為本文第一作者，方方教授為本文通訊作者，課題組博士生畢可言與了本項研究，并做出了重要貢獻。該研究得到了北大-清華生命科學聯合中心、國家自然科學基金委、科技部科技創新2030-“腦科學與類腦研究”重大項目的資助。

參考文獻

Bandura, A., and Walters, R.H. (1977). Social learning theory (Englewood cliffs Prentice Hall).

Watanabe, T., and Sasaki, Y. (2015). Perceptual Learning: Toward a Comprehensive Theory. Annu. Rev. Psychol. 66, 197–221. 10.1146/annurev-psych-010814-015214.

Ni, Y., and Li, J. (2020). Neural mechanisms of social learning and decision-making. Science China Life Sciences, 1–14.

2023-06-20