知觉学习的认知与脑机制

Perceptual learning refers to the process to improve sensory discrimination through training. Perceptual learning reflects the neural plasticity of the brain and is one of the important areas in cognitive neuroscience. In recent years, the applicant developed an innovative DT-TPE experimental paradigm, and used it to challenge the retinal location specificity and orientation specificity, two fundamental characteristics of perceptual learning, and the mainstream theories of perceptual learning based on these spcificities. The applicant also proposed a new rule-based perceptual learning (RBL) theory and published in Nature Neuroscience, PLoS Biology, Current Biology, J. Neuroscience and other influential journals. The proposed research will continue to investigate perceptual learning and its cognitive and brain mechanisms, and to test and improve the RBL theory. The specific topics include 1) the generality of learning transfer with DT-TPE paradigm; 2) the mechanisms underlying learning specificity and transfer with conventional and DT-TPE paradigms; 3) the neuronal and computational mechanisms underlying perceptual learning and the fundamental nature of perceptual learning; 4) the characteristics of perceptual learning transfer; 5) the brain mechanisms underlying perceptual leanring in adults with amblyopia.

知觉学习指通过训练来提高感觉辨别能力的过程，被认为在系统水平上反映了大脑神经可塑性。知觉学习研究因此是认知神经科学的重要领域之一。申请人近年运用首创的DT-TPE实验范式，挑战了知觉学习网膜位置特异性与特征特异性的基本假设及主流知觉学习理论，并初步提出了新的基于规则的知觉学习RBL理论。工作发表于Nat. Neurosci., PLoS Biol., Cur. Biol., J. Neurosci.等一流杂志并产生了重要的学术影响。本重点项目继续系统深入地研究知觉学习的认知与脑机制, 检验、丰富和发展RBL理论。拟解决的关键科学问题包括: 1) DT-TPE实验范式下知觉学习迁移的普遍性；2) 传统与DT-TPE实验范式下知觉学习特异性与迁移的机制；3) 知觉学习的神经与计算机制及知觉学习的本质特性；4) 知觉学习的迁移特性；5) 成人弱视知觉学习的脑机制。

知觉学习指大脑通过训练提高对感觉刺激的辨别能力的过程，被认为在系统水平上反映了大脑的神经可塑性。长期以来知觉学习因为其固有的位置与特征特异性，被认为是早期感觉皮层神经可塑性的表现。在本重点项目之前的杰青项目中，我们发明了一种双训练实验范式，并用其证明学习可以在不同位置或者不同特征维度之间完全迁移。这一发现挑战了几乎所有的知觉学习理论，我们也因此提出一个新的基于规则学习的知觉学习理论。.在过于五年中，我们通过重点项目的支持，进一步弄清了知觉学习的基本机制，并将研究成果扩展到临床视觉训练，以及其它感觉通道学习和感觉运动学习。首先，我们证明知觉学习可以在物理刺激不同，神经编码机制不同，但任务性质相同的情况下完全迁移。因此我们提出知觉学习不是简单的感觉皮层的可塑性变化，而是一个非常高级的概念学习过程（Wang et al., Journal of Neuroscience， 2016）. 第二，我们运用非常巧妙的实验设计，证明知觉学习的特异性是因为未训练位置或特征的神经元，因为在训练过程中缺乏bottom-up刺激和top-down注意而不能与高级学习过程建立功能性连接的结果（Xiong et al., eLife， 2016）. 第三，我们将双训练模式应用于临床弱视视觉训练，并提出弱视视觉功能的改善，不是受损的视觉皮层的可塑性导致，而是高级认知过程对视觉功能的补偿. 这一结果发表于最好的眼科与临床视觉杂志IOVS (Zhang et al., 2014). 第四，我们还将双训练模式扩展到听触觉学习，感觉运动学习，和时间知觉学习。其中感觉运动学习研究发现该领域有代表性的运动适应现象中的方向特异性也能被双训练范式去除 （Yin et al., Journal of Neuroscience，2016). 这些研究结果证明在感觉学习与感觉运动学习领域基于学习特异性的关于学习机制的基本理论，大都需要重新根据新的实验数据来理解。以上研究结果进一步深化并扩大了我们对知觉学习这一重要现象的全新认识，并使我们继续在领域中保持领先地位。