耶魯大學教授：「懲罰-獎賞」反饋機制有助於集中注意力

體育運動需要高度的注意力。圖片來源：Pixabay

撰文 劉嘉欣

責編 陳曉雪

你是否有過這樣的經歷：盯著黑板卻不知道老師在講什麼？看著題目卻彷彿某一刻智商未上線？駕駛時卻連對面過來的車輛都不知道躲讓？

注意力不集中是常有發生的事，但很多情況下，當我們知道自己走神的時候，已經太晚。我們都不希望自己是那個在課堂上昏昏睡去被老師批評的那個，也不希望是工作時間被美食電影分散精力的一心多用者，更不希望是駕駛途中被對面車輛快要撞上時閃爍的大燈喚醒的那個。

如何提高我們的注意力，儘可能長時間地保持專註呢？

耶魯大學心理學系教授、認知神經科學家Nicholas Turk-Browne的研究發現，我們的注意力是非常有限的,大腦能夠過濾掉我們看到的無關緊要的模糊的東西，留下清晰而鮮艷的目標。但在很多情況或特定專業里，需要人們具備長時間注意細節的能力。

Turk-Browne教授一直致力於通過為人們提供快速精準的反饋意見來提高他們的專註力。2017年6月10日，Turk-Browne在中科院計算技術研究所舉辦的「理解未來」講座上分享了他的這一研究。

Turk-Browne團隊經常採用的一種技術是功能性核磁共振成像技術（Real-time fMRI），這是推動當前神經科學的一項重要發明，通過檢驗血流進入腦細胞的磁場變化從而實現腦功能成像的技術，它能給出更精確的結構與功能的關係。神經元在大腦中的活躍與繁衍都依賴於氧氣，而氧氣要藉由神經細胞附近的微血管以紅血球中的血紅素運送過來。因此，當腦神經活化時，其附近的血流會增加來補充消耗掉的氧氣。由於帶氧血紅素與去氧血紅素之間磁導率不同，含氧血跟缺氧血量的變化使磁場產生擾動而能被偵測出來。藉由重複進行某種思考、動作或經歷，可以用統計方法判斷哪些腦區在這個過程中有信號的變化，因而可以找出是哪些腦區在執行這些思考、動作或經歷。

但是，功能性核磁共振成像也有局限——為病人提供反饋的時間較為漫長，數據分析可能長達數月之久。對於專註行為這樣短時間內極其容易變化的活動，fMRI的作用可以說是微乎其微。而Turk-Browne博士所利用的實時腦成像（Real-time fMRI）可以在1到2秒內對掃描大腦後的數據進行分析，幾乎同步地反應人腦的活躍狀況。有了及時的反饋意見，人們可以利用反饋信息及時調整行為，以達到時刻警惕的狀態。

為了測試人們的注意力，Turk-Browne與同事設計了一個巧妙的實驗：他們為被測試者提供了一組由人臉和場景圖合成的畫面，人臉和場景分別做了50%程度的透明化處理。參與者需要在2分鐘內持續地觀察不同人臉與場景的合成圖，並辨認出其中的場景是室內還是室外。如果是室內場景，則需要對研究者作出回應，反之，室外場景則不需要任何回應。因而，這項任務的重點就是要集中注意力在場景畫面上。實驗的一個小把戲在於，根本沒有室外場景的畫面，參與者被不斷地給出只有室內場景的畫面，久而久之，人就會因此而不那麼專註，事實是，被試者的注意力確實發生了變化。

那麼，研究者是如何知曉參與者注意力的變化呢？實時功能性磁共振成像技術就在這時發揮作用：通過對參與者大腦的掃描，獲得實時的數據，掃描儀每幾秒鐘就能對數據進行過濾和分析，並以毫米為單位繪製出一系列大腦的圖像，根據統計數據的模型，在參與者分別關注場景和人臉的時候，大腦活動的區別就能顯現出來。而最關鍵的一步，是要利用分析結果及時給人們提供反饋意見，讓他們知道自己的注意力是否集中在正確的東西上。

問題是，參與者如何得到注意力變化的反饋呢？Turk-Browne團隊採用的是「懲罰」與「獎賞」反饋機制。最開始，圖像中場景和人臉各自佔比50%，當觀察到被測試者注意力不夠集中在場景上時，也就是說，出現思想拋錨的情況，研究者就採取「懲罰」機制，降低場景的佔比（使之更難以辨認），迫使參與者集中精力去辨認場景；相反，如果大腦的注意力集中在場景上，研究者就採用「獎賞「機制，讓場景越來越清晰，以這樣的方式告訴他們注意力的變化。

在整個過程中，參與者們注意力的變化呈現波動趨勢。一開始他們可能會被人臉分散注意力，表現並不是很好，於是得到相應懲罰，場景的圖片漸漸模糊，迫使他們越來越集中精力，隨之場景也會慢慢清晰，意識到自己被「獎勵「後，他們的注意力又會漸漸被人臉吸引，依此反覆，他們的大腦在控制他們所能看到的畫面。

在反饋測試培訓過程中，很多人被觀察到注意力越來越集中，維持長時間注意力的能力也變得更強。有觀點認為他們在測試中當然會表現更好，因為他們知道自己在參加測試。但事實上，在日常生活中這些人的注意力也得到了顯著的提高。

同樣地，實時注意力培訓的辦法還可以用於緩解抑鬱的狀態。很多人抑鬱時的共同癥狀就是專註於悲傷的事情，看到萬事萬物不美好的一面。然而，「黛玉葬花」般的心境並不能緩解抑鬱，反而會加重情緒的惡化。這時可以繼續用實時注意力培訓的辦法讓抑鬱者轉移注意力，去關注美好的東西，不去看悲傷的事物。研究者觀察到，通過實時磁共振和神經反饋的訓練辦法，抑鬱者的抑鬱程度真的有了改善。當然Turk-Browne博士也坦言，他們需要更多的數據和臨床測試來證實這一辦法的有效性。

實時磁共振與神經反饋的方法當然不局限於提升注意力與緩解抑鬱症，未來包括嬰幼兒失眠預防、記憶力恢復等很有現實意義的問題都有望被迎刃而解。對人類大腦的探尋之路是無限廣闊的，神經科學領域也在一天天地突破我們的想像。

參考文獻：

Debettencourt M T, Cohen J D, Lee R F, et al.Closed-loop training of attention with real-time brain imaging[J]. NatureNeuroscience, 2015, 18(3):470.

製版編輯：斯嘉麗丨

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