青年思想的前沿

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新发现 神经科学与心理学 发布日期:2015年9月16日

哎呀——这是个错误!幼儿大脑对反馈的反应

摘要

哎呀,我刚刚点错了电脑上的按钮(错误),它发出了你可能知道的错误声音。这是一个反馈的例子。反馈是有用的信息,表明某事是正确的还是错误的,我们可以使用反馈来改进某事。例如,我不想再犯同样的错误,所以现在,我点击了右键!这被称为反馈学习。你经常会得到关于你正在做的事情的反馈,有时这些反馈会告诉你的大脑“哎呀,这是个错误!”从这样的反馈中,你可以学习并在下次做得更好。从反馈中学习尤其重要,因为幼儿还需要对世界有很多了解。有趣的是,产生反馈信号的大脑区域需要很长时间才能完全发育。有时,他们甚至直到青少年晚期才完全发育。 How then do young children (also called toddlers) between the ages of one and three process the feedback signal in their brain? And how do they learn based on the feedback they get? These were some of the questions that we wanted to answer.

托尼比赛迟到了。他匆忙地穿上袜子,正要迅速穿上鞋子离开。他拿起一只鞋,看着自己的脚,突然意识到:“哎呀!我的袜子不相配。”然后他把白袜子换成蓝色袜子,穿上鞋子,走了。像托尼一样,我也不小心把袜子弄混了。你有时不这样吗?当你穿上袜子看着它们时,你的眼睛会看到它们,并告诉你的大脑它们看到了什么。然后,当看到不匹配的袜子时,大脑可能会想“哎呀!犯了个错误。” So your brain is using helpful information to indicate if what you just did was correct or wrong and whether to improve something. This sort of information is called feedback. Next time you pick up the second sock, you know to check if they match before putting them on (feedback-based learning). You learn from the feedback that you received from your earlier experience. That feedback can happen in many different ways, including the grade you get on your test at school or the sound you hear and the broken glass you see when you accidentally drop a glass of milk. You can learn from all kinds of feedback, but how does this learning from feedback actually happen? Also, as you might know if you have a little brother or sister, learning from feedback is especially important early in life when children still need to learn a lot about the world. So, we were curious to know how toddlers (young children) process feedback and learn from it.

从对成年人的实验中,我们已经知道,当反馈说“正确”时,与反馈说“糟糕!”相比,大脑信号是不同的。犯了一个错误。”[1]。在告诉你更多之前,我们将解释如何测量这种大脑反应:

你的大脑做任何事情都是通过非常非常,非常不同脑细胞之间的微小电流被称为神经元。这种电流允许神经元相互交流,并在整个大脑中发送信息。研究大脑的神经科学家知道如何使用一种叫做脑电图的技术来测量这些微小的电流,这种技术通常缩写为脑电图描记器.他们把很多极其敏感的电线,称为电极,并将它们排列在一个帽子上。神经科学家可以看到并测量微小的大脑信号,就像图中所示图1一个,当帽子戴在一个人的头上时,如图1 b.这有助于神经科学家观察当你得到反馈时,你的大脑信号发生的变化。

图1 - (A)这是脑电图大脑信号的样子。(B)一个戴着脑电图帽的小孩的照片。(C)如果你想象把一个大脑分成两半,就像花生一样,你在这里看到的是一半的内部部分。前扣带皮层(ACC)和内侧额叶皮层(MFC)为彩色。这些是青少年时期发育的一些区域。图(C)改编自DrOONeil http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FMRI_Brain_Scan.jpg
  • 图1 -(一)这是脑电图的大脑信号。(B)一个小孩戴着脑电图帽的照片。(C)如果你想象把一个大脑分成两半,就像花生一样,你看到的是其中一半的内部部分。前扣带皮层(ACC)和内侧额叶皮层(MFC)为彩色。这些是青少年时期发育的一些区域。图(C)改编自DrOONeilhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:FMRI_Brain_Scan.jpg

从我们之前提到的成人实验中,我们发现大脑会产生一种特殊的反馈信号,叫做反馈相关消极性.我们也知道产生这种信号的大脑区域,叫做前扣带皮层(ACC)内侧额叶皮质(MFC)需要很长时间才能完全发展。图1 cACC和MFC分别位于大脑的中部和前部。有时,它们直到青少年时期才完全发育[2]!

那么,2岁半的幼儿,他们的acc和mfc还没有完全发育,是如何在他们的大脑中创造反馈信号并从反馈中学习的呢?幼儿如何根据他们收到的反馈来学习下一次如何计划他们的行动?幼儿从几岁开始表现出特定的反馈信号,FRN反应?幼儿的大脑信号与成年人的大脑信号有什么不同或相似之处?这些是我们想用脑电图技术回答的一些问题。

这个游戏

在我们的实验中,我们让幼儿在类似iPad的触摸屏上玩一个有趣的动物卡片游戏。游戏的目标是找到与屏幕中间显示的动物卡相匹配的动物卡。我们有很多不同的动物,所以幼儿可以玩很多回合的游戏。

一个回合可能看起来像图2.在向幼儿展示了所有的卡片后(这里是两只狮子和一只猪),卡片混合在一起,我们问幼儿“你认为另一只狮子(在这种情况下)在哪里?”当幼儿触摸一张卡片时,选中的卡片面朝上,露出它的图片。是匹配卡吗?这里我们看到第一选择是猪!哦,这是个错误。你认识到这是孩子得到的反馈吗?如果我们要测量他们的大脑反应,你期望看到什么?我们期待一个类似frn的大脑反应,类似于我们从成年人那里知道的反馈信号。

图2 -一个游戏回合的例子。
  • 图2 -一个游戏回合的例子。

接下来,不管他们的第一个选择是对还是错,我们再次问孩子们:“你现在知道狮子在哪里吗?”孩子可以再选一次。这一次的重要区别是,由于幼儿之前得到的反馈,他们很容易找到正确的卡片。

你现在可能知道这个实验中最重要的部分是,当幼儿做出第一个选择后,所选的卡片转动,作为幼儿行动的第一个反馈。有趣的是,我们的发现如下:

比赛的分数

平均而言,大约有一半的时间,幼儿能够在一轮中对第一个选择给出正确的答案。这是偶然发生的,就像扔硬币一样,这是预料之中的,因为我们设计的游戏让幼儿在第一轮时不知道正确卡片的位置——他们拿到正确或错误卡片的机会是一样的。但在第二个选择中,他们的表现要好得多。幼儿能够找到正确的卡片的几率明显高于他们只是偶然找到的几率。

大脑信号

我们发现,和成年人一样,幼儿的大脑信号也会因他们收到的反馈而有所不同(看图3)。他们表现出类似frn的大脑反应。也就是说,他们接受“正确”反馈的大脑信号与接受“糟糕!”反馈的大脑信号不同。犯了个错误。”大脑信号的这种差异需要0.35秒才能达到最大值(也称为its))。与成年人的信号相比,这有点慢,但这种速度在很小的孩子身上很常见。其他涉及婴儿和幼儿的研究表明,信号峰值出现的时间比成人晚,因为婴儿处理所有信息的速度较慢。此外,与成年人相似,这些反馈信号在成年人产生错误相关信号的大脑区域附近被发现。

图3 -我们的结果说明:在已知的反馈处理区域测量幼儿的大脑信号。
  • 图3 -我们的结果说明:在已知的反馈处理区域测量幼儿的大脑信号。

在我们继续之前,我们想给你一个例子,希望能让你更容易理解剩下的结果。想象一下,你连续几天都在玩同一款游戏。也许,你玩这个游戏的时间越多,你就越擅长。这个概念被称为正相关:随着一件事的增加(在这种情况下,你练习游戏的次数),另一件事也会增加(例如,你在游戏中的表现)。

有趣的是,我们的结果显示,游戏得分与大脑反馈信号之间存在正相关关系。要理解这是什么意思,请看中的两个例子图4学步1和学步2。对于1岁的孩子来说,对于“正确”的反馈和“糟糕,错误”的反馈,大脑的测量结果并没有太大的不同(接近于0)。你可以想象,如果你不能真正区分正确和错误之间的区别,你可能不太擅长游戏。这也是蹒跚学步的孩子1的情况。现在看看2岁的孩子。这名幼儿在“正确”和“哎呀,错误”反馈之间的大脑信号差异要大得多。你看演出了吗?接近100%,几乎是完美的。这就产生了正相关:大脑越能分辨出“正确”和“哎呀,错了”之间的区别,孩子在游戏中的表现就越好。

图4 -正确和错误测试的大脑信号峰值差异越大,游戏中的表现就越好
  • 图4 -正确和错误测试的大脑信号峰值差异越大,游戏中的表现就越好

为什么这很重要?

在我们做这些实验之前,我们对幼儿的大脑如何处理反馈知之甚少。现在我们知道,即使两岁半的幼儿收到反馈,他们的大脑信号模式也和成年人相似。大脑信号显得稍慢(大约比成人晚0.1秒),这是意料之中的,可能代表幼儿大脑的处理稍慢[3.]。

如上所述,幼儿对正确和错误反馈的大脑信号差异越大,幼儿在第二轮中的表现就越好。这表明,即使是蹒跚学步的孩子的大脑也会采取措施,确保无论何时犯了错误,都能在下次有机会纠正。但是,为什么一些幼儿对反馈的反应比其他幼儿表现出更强的大脑信号呢?嗯,这可能有几个原因:

  1. 还记得我们提到过大脑的某些区域需要很长时间才能发育吗?因此,在一些表现出较大差异的幼儿中,这些大脑区域可能已经比其他区域更发达了[4]。
  2. 一些表现出较弱信号的幼儿可能只是对总体反馈不太敏感[5]。对于这些蹒跚学步的孩子来说,袜子必须非常,非常不同是为了让他们看到它们不匹配。
  3. 或者,幼儿可能对反馈很敏感,但可能只是不注意,或者可能没有动力去学习游戏。我们从其他研究中知道,注意力在从反馈中学习中起着重要作用[1]。所以,那些表现出较低反馈峰值的幼儿可能只是对任务不感兴趣。他们能够玩游戏,但没有足够的兴奋或足够的注意力从他们收到的反馈中学习。以托尼和袜子为例,这些幼儿已经在想别的事情了,没有注意到他们的袜子,所以他们没有意识到它们是不同的颜色。

然而,需要更多的研究来充分了解影响这些大脑信号的所有因素,以帮助学习。但就目前而言,总的来说,这项研究首次表明,两岁半的幼儿在接受反馈时,会显示出一种特定的大脑信号,而且正确反应和错误反应之间的大脑信号差异越大,他们下次玩游戏的表现就越好。所以,幼儿的大脑处理反馈的方式会影响他们的表现。但我们仍然需要做更多的研究来弄清楚这是如何发生的。也许你能帮我们找到这些问题的答案。你会吗?

原始来源文章

幼儿反馈加工的神经关联(Journal of Cognitive Neuroscience, 2014)http://www.mitpressjournals.org/doi/abs/10.1162/jocn_a_00560#.U_0saPmSx6B

术语表

脑电图描记器脑电图(这个词来自“encephalon”,意思是“大脑”,“graphein”意思是“书写”)——一种用于测量大脑电信号的技术

复用反馈相关的消极性——这种大脑信号在得到错误反馈后达到其最高的消极性

ACC前扣带皮层——大脑中处理反馈信息的区域

MFC内侧额叶皮层——大脑中部的区域,朝向大脑前部

大脑信号所能达到的最高值


参考文献

[1]沃尔什,M. M.和安德森,J. R. 2012。从经验中学习:奖赏处理、神经适应和行为选择的事件相关潜在关联。>。Biobehav。启36(8):1870 - 84。doi: 10.1016 / j.neubiorev.2012.05.008

[2]Crone, E. A., Zanolie, K., Leijenhorst, L., Westenberg, P. M.和Rombouts, S. A. 2008。在发展过程中支持灵活性能调整的神经机制。Cogn。影响Behav。> 8(2): 165 - 77。doi: 10.3758 / CABN.8.2.165

[3]Csibra, G., Kushnerenko, E.,和Grossmann, T. 2008。研究婴儿认知发展的电生理方法。《发展认知神经科学手册》第2版。C. A.纳尔逊和M.卢西亚纳,(剑桥,马萨诸塞州:麻省理工学院出版社),247-62页。

[4]Gogtay, N., Giedd, J. N., Lusk, L., Hayashi, K. M., Greenstein, D., Vaituzis, A. C.等。2004。儿童到成年早期人类皮质发育的动态映射。Proc。国家的。学会科学。美国101(21):8174 - 9。doi: 10.1073 / pnas.0402680101

[5]Santesso, D. L., Dzyundzyak, A.,和Segalowitz, S. J. 2011。惩罚敏感性的年龄、性别和个体差异:影响反馈相关负性的因素。心理生理学48(11):1481 - 9。doi: 10.1111 / j.1469-8986.2011.01229.x

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