Настройка на индивидуальный цикл мозговых волн человека ускоряет обучение

Ученые впервые показали, что краткая настройка на индивидуальный цикл мозговых волн человека перед выполнением учебной задачи резко повышает скорость улучшения когнитивных навыков.

Калибровка скорости доставки информации в соответствии с естественным темпом нашего мозга увеличивает нашу способность поглощать и адаптироваться к новой информации, согласно команде, стоящей за исследованием.

Исследователи из Кембриджского университета говорят, что эти методы могут помочь нам сохранить «нейропластичность» намного позже в жизни и способствовать обучению на протяжении всей жизни.

Каждый мозг имеет свой собственный естественный ритм, генерируемый колебаниями нейронов, работающих вместе. Мы смоделировали эти колебания, чтобы мозг был в гармонии с самим собой и находился в наилучшем состоянии для процветания».

Профессор Зои Курци, старший автор исследования Кембриджского факультета психологии.

«Пластичность нашего мозга — это способность реструктурировать и изучать новые вещи, постоянно опираясь на предыдущие паттерны нейронных взаимодействий. Используя ритмы мозговых волн, можно повысить гибкость обучения на протяжении всей жизни, от младенчества до взрослой жизни», — сказал Курци.

Выводы, опубликованные в журнале Кора головного мозгабудет изучаться в рамках Центра обучения на протяжении всей жизни и индивидуального познания: исследовательского сотрудничества между Кембриджем и Наньянским технологическим университетом (NTU) в Сингапуре.

Нейробиологи использовали датчики электроэнцефалографии или ЭЭГ, прикрепленные к голове, для измерения электрической активности в мозге 80 участников исследования и выборки ритмов мозговых волн.

Команда сняла показания альфа-волн. Средний диапазон спектра мозговых волн, эта частота волны имеет тенденцию доминировать, когда мы бодрствуем и расслаблены.

Альфа-волны колеблются от восьми до двенадцати герц: полный цикл каждые 85-125 миллисекунд. Однако у каждого человека есть своя пиковая альфа-частота в этом диапазоне.

Ученые использовали эти показания для создания оптического «импульса»: белый квадрат, мерцающий на темном фоне в том же темпе, что и индивидуальная альфа-волна каждого человека.

Участники получили 1,5-секундную дозу персонализированного пульса, чтобы заставить их мозг работать в своем естественном ритме — метод, называемый «увлечением», — прежде чем им представили сложную быструю когнитивную задачу: попытаться идентифицировать определенные формы в потоке визуального беспорядка. .

Цикл мозговых волн состоит из пика и впадины. Некоторые участники получали импульсы, совпадающие с пиком их волн, некоторые — с впадиной, в то время как некоторые получали ритмы, которые были либо случайными, либо с неправильной скоростью (немного быстрее или медленнее). Каждый участник повторил более 800 вариантов когнитивного задания, и нейробиологи измерили, насколько быстро люди улучшились.

Скорость обучения у тех, кто застрял в правильном ритме, была как минимум в три раза выше, чем у всех остальных групп. Когда участники вернулись на следующий день, чтобы выполнить еще один раунд заданий, те, кто учился намного быстрее во время увлечения, сохранили свой более высокий уровень производительности.

«Было интересно обнаружить конкретные условия, необходимые для получения такого впечатляющего импульса в обучении», — сказала первый автор, доктор Элизабет Майкл, которая сейчас работает в Кембриджском отделении познания и изучения мозга.

«Само вмешательство очень простое, просто короткое мерцание на экране, но когда мы выбираем правильную частоту и правильное фазовое выравнивание, кажется, что это имеет сильный и продолжительный эффект».

Важно отметить, что импульсы увлечения должны согласовываться с впадиной мозговой волны. Ученые считают, что это точка в цикле, когда нейроны находятся в состоянии «высокой восприимчивости».

«Нам кажется, что мы постоянно наблюдаем за миром, но на самом деле наш мозг делает быстрые снимки, а затем наши нейроны общаются друг с другом, чтобы связать информацию воедино», — говорит соавтор, профессор Виктория Леонг из НТУ и Кембриджского отделения педиатрии. .

«Наша гипотеза состоит в том, что, сопоставляя доставку информации с оптимальной фазой мозговой волны, мы максимизируем захват информации, потому что именно в это время наши нейроны находятся на пике возбудимости».

Предыдущая работа лаборатории Леонга Baby-LINC показала, что мозговые волны матерей и младенцев синхронизируются, когда они общаются. Леонг считает, что механизм этого последнего исследования настолько эффективен, потому что он отражает то, как мы учимся в младенчестве.

«Мы подключаемся к механизму, который позволяет нашему мозгу настраиваться на временные стимулы в нашей среде, особенно на коммуникативные сигналы, такие как речь, взгляд и жесты, которые естественным образом обмениваются во время взаимодействия между родителями и детьми», — сказал Леонг.

«Когда взрослые разговаривают с маленькими детьми, они перенимают ориентированную на ребенка речь — медленную и преувеличенную форму речи. Это исследование предполагает, что речь, ориентированная на ребенка, может быть спонтанным способом согласования скорости и вовлечения более медленных мозговых волн детей в поддержку обучения. “

Исследователи говорят, что, хотя новое исследование проверяло визуальное восприятие, эти механизмы, вероятно, будут «общими областями»: они применимы к широкому кругу задач и ситуаций, включая слуховое обучение.

Они утверждают, что потенциальное применение уноса мозговых волн может показаться фантастикой, но становится все более достижимым. «В то время как в нашем исследовании использовались сложные аппараты ЭЭГ, теперь есть простые системы с головными повязками, которые позволяют довольно легко измерять частоты мозга», — сказал Курци.

«Сейчас дети так много учатся перед экранами. Можно представить себе использование ритмов мозговых волн для улучшения аспектов обучения для детей, которые испытывают трудности в обычных классах, возможно, из-за дефицита внимания».

Другие ранние применения мозговых волн для ускорения обучения могут включать обучение профессиям, где жизненно важны быстрое обучение и быстрое принятие решений, например, пилотам или хирургам. «Моделирование виртуальной реальности в настоящее время является эффективной частью обучения во многих профессиях», — сказал Курци.

«Внедрение импульсов, которые синхронизируются с мозговыми волнами в этих виртуальных средах, может дать преимущество новым учащимся или помочь тем, кто проходит переподготовку в более позднем возрасте».