DARPA神经领域新项目:提高突触可塑性,加速学习

人体内外周神经的分支网络将脑与脊髓的神经元连接到器官、皮肤、肌肉,调控着从消化到感知再到运动多种生理功能。但是外周神经系统能做的可不止这些,这也是为什么美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在开展研究项目,利用它实现很多功能——例如,取代药品去治疗疾病和加快康复,还有为用户控制先进的义肢和恢复触觉感知。

现在,DARPA并不满足于此,它意图争取让外周神经完成某些长期以来被认为仅仅是大脑领域的事:促进学习。大脑指令外周神经做事的常见观念将会被这项工作转变。 新项目靶向神经可塑性训练(Targeted Neuroplasticity Training TNT)试图促进特殊类型的学习——认知技能训练——的速度和效果,使用的是反过来促进和加强大脑中神经连接的外周神经元的精确活动。

TNT将寻求平台技术的发展,增强学习广泛的认知技能,目标是减少国防部宽泛的培训方案的成本和持续时间,同时增加成效。如果成功了,TNT就能促进学习,减少培训外语专家、情报分析员、密码员和其他人才的所需要的时间。 项目也是值得注意的,因为不像DARPA之前的许多神经科学和神经技术所努力做的那样,它将不仅针对恢复失去的功能,还旨在提高能力使之超过正常水平。 

「最近的研究显示某些外周神经的刺激能轻易地而且无痛地通过皮肤取得预期效果,能激活涉及学习的脑区,」TNT项目经理Doug Weber说,还补充说信号能潜在地激发大脑中神经化学物质的释放,从而重新组织神经连接以对特殊经历做出反应。「突触可塑性这一自然过程对学习是至关重要的,但是外周神经刺激与促进可塑性和学习是如何联系起来的,这一生理机制尚不为人所知,」Weber说,「你可以认为外周神经刺激是一种重新打开所谓的『临界期』的方式,在这一时期,大脑是更加流畅和有适应性的。TNT技术将用于安全而精确地调制外周神经,在学习过程中的最佳点控制可塑性。」 

DARPA意欲采用分层方法探索这个新的领域。基础研究将聚焦于更清楚地、更彻底地理解神经刺激是如何影响突触可塑性的,认知技能学习过程在大脑中是如何调节的,以及如何促进这些过程从而在避免潜在的副作用的同时稳妥地加快技能学习。这项目的工程方面将针对非侵入式设备的开发,这种设备能传递外周神经刺激,增强负责认知功能的脑区的可塑性。其目标是将加快学习进程的训练协议最优化,将甚至是最复杂的认知技能的长期记忆最大化。

为了满足这些不同的目标,TNT期待吸引具有像认知神经科学、神经可塑性、电生理学、系统神经生理学、生物医学工程、人类绩效和计算模型等背景的跨学科团队。  

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