奖励可以改善视觉感知学习——但只有在人们睡觉之后

位于美国罗德岛州普罗维登斯[布朗大学]-过去的研究发现，在视觉感知任务中奖励参与者会导致表现的提高。然而，新的研究表明，只有参与者在完成任务后补充睡眠，他们的表现才会有所提高。

布朗大学(Brown University)认知、语言和心理科学教授、该研究通讯作者佐佐木由香(Yuka Sasaki)说，这些新发现可能会对那些试图牺牲睡眠来进行深夜学习的学生产生特别的影响。

佐佐木说:“大学生学习非常努力，有时还会缩短睡眠时间。”“但他们需要睡眠来保持学习。”

这项研究本月发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。一些参与者被告知在任务开始前的几个小时内不要进食或饮水，然后给他们几滴水作为对正确反应的奖励。与那些在训练中没有得到奖励的小组相比，得到奖励的参与者表现出了显著的成绩提高——但只有在训练后睡觉的时候。这一发现表明，直到人们睡觉时，奖励才会改善视觉感知学习。

研究人员认为，奖励(或对奖励的预期)强化了大脑奖励区和视觉区之间的神经回路，这些回路更有可能在睡眠期间重新激活，以促进任务学习。的确，在训练后的睡眠中，脑电图(EEG)记录发现，受奖励的参与者的前额叶、奖赏处理区域的活动增强，而未受训练的视觉区域的活动减弱。

这种激活模式可能可以用过去的研究来解释，过去的研究表明，大脑的前额叶和奖赏处理区域发出信号来抑制视觉处理区域的一些神经元。结果，删除了不相关的连接，保留了最有效的连接，提高了任务性能。

该研究还检测了这些激活模式的发生时间。大脑中未经训练的视觉区域在快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠时都表现出活动减弱，但前额叶、奖赏处理区域只有在快速眼动睡眠时才变得活跃。快速眼动睡眠对任务学习似乎特别重要——可能是因为在这个睡眠阶段连接被重新组织和优化了——它可能与大脑奖赏处理区域的激活有关。与这一理论相一致的是，与那些在训练中没有得到奖励的参与者相比，得到奖励的参与者表现出更长的快速眼动睡眠时间。

佐佐木补充说，与金钱等奖励相比，食物和水等基于身体的奖励对神经回路的影响可能更大。

“缺水可能是根本原因，”她说。“当你真的很渴的时候，你会得到水作为奖励，这种奖励的影响可能会更大。”

未来的研究可以检验其他类型的学习，如运动和联想学习，是否也受益于奖励和睡眠之间的相互作用。

今后，佐佐木希望这项研究能鼓励睡眠研究人员和研究强化学习的科学家之间的合作。

她说:“强化学习是神经科学的一个热门话题，但它与睡眠研究的相互作用不大。”“所以这可能会导致更多的跨学科工作。”

除佐佐木外，参与这项研究的其他布朗大学(Brown University)作者还包括添木雅子(Masako Tamaki)、亚伦v贝拉德(Aaron V. Berard)、泰勒巴恩斯-戴安娜(Tyler barners – diana)、杰西西格尔(Jesse Siegel)和渡边武男(Takeo Watanabe)。

这项研究由美国国立卫生研究院(R21EY028329, R01EY019466, R01EY027841和T32EY018080)和美国-以色列两国科学基金会(BSF2016058)资助。

这篇新闻报道的作者是特约科学作家凯丽·本森。