日美研究出能改變大腦對長相好惡的裝置

作者:工藤宗介   |   2016 / 09 / 29

文章來源:日經技術   |   圖片來源:Joseph Wang


【日經BP社報導】日本國際電氣通信基礎技術研究所(ATR)與布朗大學的研究組於2016年9月9日宣佈了新發現:通過在大腦皮層的高階區誘導特定的時空活動模式,測試者對於容貌的喜好可以向喜歡、厭惡兩個方向轉化。由此有望開發出新的醫療技術,改善引發精神疾病等的高階大腦區域的活動異常狀況。

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本次研究的概要。通過誘導扣帶皮層產生腦活動,操作容貌喜好的好惡(圖:AMED的發佈資料)

最近幾年使用動物開展的研究表明,一個腦區關聯著多種認知功能。研究組在2011年開發出了基於人工智慧技術和功能性磁共振成像(fMRI:functional Magnetic Resonance Imaging)的神經反饋法(DecNef)。通過使用這種方法在腦區誘導特定的活動模式,可以調查認知發生的變化,在人腦研究領域,也有望創造出超越單純的功能化學說、重要而又新穎的方法。

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研究的流程。預先評定測試者對於400張臉部照片的喜好,根據過程中扣帶皮層的活動模式製作喜好解碼器,通過利用DecNef訓練來誘導扣帶皮層的活動模式,調查了喜好的變化(圖:AMED的發佈資料)

研究組首先分10級測定測試者對於400幅容貌照片的喜好,製作了根據扣帶皮層的活動模式推定測試者喜好評級的解碼器。然後對測試者進行為期3天的訓練,讓測試者在使用解碼器展示特定臉部照片(喜歡組12張,討厭組12張)的同時,自主引導自己的扣帶皮層產生與好惡相關的活動模式。最後重新測定測試者對於400張臉部照片的喜好評級,觀察喜好是否因為DecNef訓練而發生了變化。

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DecNef使容貌喜好發生變化。對於在DecNef訓練中展示的臉部照片,喜歡組的喜好評級明顯上升,而討厭組明顯降低。對於在DecNef訓練中沒有展示的面部照片,喜好評級沒有發生變化(圖:AMED的發佈資料)

喜好解碼器的原理是使用fMRI檢測測試者評定臉部照片喜好時扣帶皮層的活動,使用人工智慧中的一種——稀疏線性回歸演算法,計算出扣帶皮層的腦活動模式與喜好的關係。只要製作出了喜好解碼器,就可以得到「喜好評價推測值」,判斷出現在扣帶皮層的腦活動模式是更接近喜歡(喜好評級=10),還是更接近討厭(喜好評級=1)。

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腦活動模式的變化越大,喜好評級的變化越大。模式的變化程度與喜好評級的變化存在正相關。

在DecNef訓練中,研究人員會先在螢幕上播放一下子臉部照片,然後讓測試者改變自己的腦活動。這時,螢幕上將出現綠點,其代表的是腦活動模式良好程度的反饋,測試者並不知道喜好解碼器的計算過程,只被告知「要讓綠點盡可能變大」。

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在DecNef訓練中,腦活動模式只在扣帶皮層發生了變化(圖:AMED的發佈資料)

研究人員會把測試者操作腦活動時扣帶皮層的活動模式輸入喜好解碼器,計算喜好評級的推測值。對於臉部照片,喜歡組的推測值越大(喜好評級接近10)圓點越大,而討厭組的情況相反,推測值越小(喜好評級接近1)圓點越大。也就是說,測試者不知不覺地將自己的扣帶皮層的活動模式引導到了特定方向(喜歡組是喜歡的方向,討厭組是討厭的方向)。

在進行為期3天的DecNef訓練後,對於在DecNef訓練中展示的臉部照片,喜歡組的喜好評級明顯上升,而討厭組明顯降低。另一方面,對於DecNef訓練中未展示的臉部照片,好惡沒有發生變化。這些結果表明,通過DecNef可以使容貌喜好向喜歡或是討厭兩個方向轉變,這依靠的是DecNef訓練中誘導產生的活動模式與臉部照片的聯動。

這些結果還證明,DecNef訓練中各位測試者腦活動模式變化的程度與喜好評級變化的程度存在相關關係,容貌喜好之所以改變,是因為DecNef誘導產生的腦活動模式發生了變化。另外,腦活動模式變化傳輸強度大的位置基本局限在扣帶皮層內,喜好評級的變化主要是在扣帶皮層內產生的。

研究表明,之前只在視覺皮層等比較低階的腦區有應用先例的DecNef也適用於認知功能等高階區,容貌喜好可以通過人為操作,向喜歡或是討厭轉變。這意味著DecNef誘導產生的變化可以恢復,操作具有可逆性,證明了DecNef的安全性。

今後,如果以DecNef為代表的神經反饋法能夠用來改善強迫症、慢性疼痛、自閉症、抑鬱症、創傷後應激障礙等疾病的症狀,作為與傳統的藥物治療和行為治療以往的藥物治療和行為治療截然不同的新治療方法,有可能為醫療作出巨大的貢獻。另一方面,因為測試者不清楚腦活動模式誘導的具體內容,操作稍有不慎,有可能會被視為洗腦,在倫理道德方面還需要慎重研究。

本次研究是日本醫療研究開發機構(AMED)腦科學研究戰略推進的「基於DecNef的精神疾病診斷和治療系統的開發與臨床應用基地的構建」研究的一環。研究成果已于2016年9月8日刊登在了《PLoS Biology》雜誌上。

日經技術在線》授權轉載

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