《Scientific Reports》：Fast implicit and slow explicit learning of temporal context
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在運動神經科學與認知神經科學對隱式學習的認知存在差異的背景下，研究人員開展了關于時間背景的隱式和顯式學習研究。他們發現眨眼系統能快速靈活學習，隱式學習比顯式學習更快，該成果為理解神經學習機制提供了新視角。
在日常生活中，眨眼系統常常在人們毫無察覺的情況下發揮作用，默默保護眼睛免受飛來的物體和昆蟲的傷害。然而，對于這一看似簡單的行為，科學界卻有著不同的認知。在運動神經科學領域，傳統觀點認為隱式學習（implicit learning）是緩慢的，尤其是眨眼條件反射，被視為一種依賴小腦的、僵化且缺乏靈活性的行為。而在認知神經科學中，隱式和自動過程又被認為能夠快速習得。這種差異使得眨眼系統的學習機制充滿了謎團，也促使研究人員深入探索，以解開其中的奧秘。
為了探究這些問題，來自荷蘭伊拉斯姆斯大學醫學中心（Dept. of Neuroscience, Erasmus University Medical Center）和拉德堡德大學唐德斯神經科學中心（Donders Center for Neuroscience, Radboud University）的研究人員 Luca Mangili、Charlotte Wissing 和 Devika Narain 等人展開了一項研究，相關成果發表在《Scientific Reports》上。
研究人員采用了一種新穎的實驗方法，將手動情境依賴定時任務與經典眨眼條件反射相結合。在實驗中，參與者會看到不同的視覺線索，即黑暗或明亮的隧道（Context），隧道出現后，經過一段隨機間隔時間，會出現一個短暫的閃光（Cue）作為條件刺激。參與者需要根據隧道的情境，在特定時間按下按鈕（手動反應）以避免眼周吹氣（periocular airpuff），若反應時間不在規定窗口內，就會觸發眼周吹氣，引發反射性眨眼（unconditioned response，UR）。同時，研究人員通過高速紅外攝像頭實時追蹤參與者的眼瞼運動，記錄眨眼反應（包括條件反應，conditioned response，CR）。
研究結果表明：
- 情境依賴的隱式和顯式學習：無論是新手組（naive group）還是策略組（strategy group）的參與者，都能準確地根據隧道情境調整手動反應時間，并且在正確的手動反應試驗中，眨眼條件反應的起始時間也呈現出明顯的情境依賴性。例如，在黑暗隧道情境下，手動反應時間和眨眼條件反應時間都更接近 800 毫秒；在明亮隧道情境下，則更接近 1600 毫秒。這說明參與者不僅能夠學習手動反應的合適時間，眨眼系統也能靈活地適應不同情境。
- 學習速度差異：通過算法計算兩種效應器反應時間的收斂情況，研究發現，對于新手組和策略組，眨眼條件反應時間的習得速度都顯著快于手動反應時間。而且，在不同情境下，眨眼反應和手動反應在獲取短時間間隔（黑暗隧道情境下的 800 毫秒）和長時間間隔（明亮隧道情境下的 1600 毫秒）方面，并沒有顯著差異。這表明眨眼系統在學習時間間隔方面具有獨特的優勢，打破了傳統認為的隱式學習緩慢的觀念。
- 認知策略的影響：策略組的參與者在得知任務的情境依賴性質后，手動反應和眨眼反應的學習速度都有所加快。進一步的分析顯示，使用認知策略能夠縮短顯式和隱式學習的獲取時間，且眨眼反應和手動反應的學習過程并非完全獨立，可能存在部分相互依賴關系。這表明認知策略對隱式學習也具有積極的促進作用，揭示了隱式學習和顯式學習之間復雜的相互關系。
- 意識程度差異：通過實驗后的問卷調查發現，參與者對眨眼條件反應的意識程度明顯低于手動按鈕按壓反應和反射性眨眼。這進一步證明了眨眼條件反應在該任務中相對更具隱式性，但并非完全無法察覺，說明隱式學習和顯式學習在意識層面上存在明顯的差異。
在討論部分，研究人員指出，該研究表明手動學習時間背景的時間尺度相對較慢，而依賴小腦的眨眼學習則更快。同時，雖然眨眼條件反應相對隱式，但并非完全脫離意識。此外，研究還發現，盡管隱式學習和顯式學習的獲取時間在使用認知策略后都有所加快，但隱式學習的速度仍然更快。這一結果挑戰了傳統的運動神經科學觀點，表明認知策略對隱式行為（如眨眼條件反射）也有顯著影響。
研究人員還提到，眨眼條件反射通常在單一時間間隔下進行研究，而他們的研究展示了眨眼系統在面對隨機情境變化時的敏感性，表明認知能夠影響預測性眨眼行為的形成。然而，關于大腦其他區域在該任務中的作用，如前額葉皮層和海馬體等，仍然不清楚，需要進一步研究來闡明小腦外輸入在快速靈活的時間關聯生成中的作用。
總的來說，這項研究為理解時間背景學習中的隱式和顯式學習機制提供了新的視角，揭示了眨眼系統令人驚訝的認知靈活性和快速學習能力，對運動神經科學和認知神經科學領域的發展具有重要意義，也為后續研究大腦學習機制提供了重要的參考依據。
在研究方法上，研究人員主要采用了以下關鍵技術：
- 虛擬現實實驗：利用虛擬現實技術創建實驗場景，向參與者呈現不同情境的隧道刺激，使參與者沉浸在實驗環境中，更好地模擬現實生活中的情境變化，以研究其對學習行為的影響。
- 生理信號監測：通過高速紅外攝像頭和紅外照明系統，實時追蹤參與者的眼瞼運動，精確記錄眨眼反應的各項指標，包括反應起始時間、峰值等，為分析眨眼系統的學習過程提供了重要的數據支持。
- 行為學實驗設計：設計了包含懲罰反饋的手動情境依賴定時任務，讓參與者在不斷嘗試中學習正確的反應時間，通過對參與者手動反應和眨眼反應的記錄與分析，探究隱式和顯式學習的規律和差異。
