来自华盛顿大学的研究人员开发出了一种与计算机相连的画图板,能够在学习障碍儿童进行书写与阅读的同时,帮助科学家探索他们的脑内反应,其成本不足100美元。
六月十八日,在西雅图举行的人类大脑成像组织大会上,该设备以及借助其所得出的儿童脑活动模式相关研究成果就即将正式与公众见面。
今年春季,由华盛顿大学人类发展与残障研究中心开发的此工具就以论文的形式在一份名为《Sensors》的开放式网络期刊上得到了发表。
中心教育发展实验室主任托马斯·刘易斯谈到:“科学家们需要一种工具,帮助他们在进行大脑扫描的同时,明确人们书写时的时时反应。我们发现,光纤是一种非常合适的载体,问题仅仅在于,我们应该如何使光纤设备能够完全跟上人们书写时的具体动作。”
为了实现这一目标,刘易斯与他的同事弗雷德里克·赖茨以及凯文·吴共同对普通的圆珠笔进行了改装,去除了原有的笔芯,在其中穿入了两根光纤,并将这支特殊的圆珠笔与隔壁控制室内的一个遮光箱连接在了一起,借助此设计,研究人员便可以将光纤笔的所有移动轨迹清晰地记录下来。同时,他们还制作了一块简易的方形木板,上面夹了一张印有不同渐变色彩的纸。凭借这一特殊设计的纸笔,研究人员便可将受试者书写时的所有细微动作加以记录,在功能性磁共振成像或是核磁共振成像的过程中,同时对受试者的行为与脑功能做出评估。
尽管其他研究者也同样研制出了与功能性磁共振成像相配套的书写设备,然而,华盛顿大学的赖茨却透露道,“从成本的角度看,我们的设备仅为同类产品的十分之一。”该小组所使用的材料十分普通,完全是大多实验室的必备用品,除了计算机之外,他们用到的无非是诸如圆珠笔、光纤、木板以及经打印的纸张等等,成本共计不足100美元。该设备与一台装有特殊软件的计算机相连,对受试者书写时的笔顺、笔速,乃至落笔与提笔时的细微变化都能够做到事无巨细,毫不遗漏。只有清楚地了解了儿童的这些生理动作与脑活动之间的相互关系,科学家们才有可能进一步探索有关的神经连接现象。
研究者对一组年龄在11至14岁,患有阅读或书写障碍的儿童进行了测试。同时,还选取了一组普通学生作为比对研究对象。受试者们一边接受功能性磁共振成像扫描,一边阅读屏幕上显示的相关规则。此时,光纤比与书写板都被放在了他们腿上的一块泡沫板上。
受试者们将分别在四分钟的时间段内完成所给的阅读及书写任务,首先,研究人员会让他们在大脑中想象文章书写时的各个细节,稍后,在结束了功能性磁共振成像扫描之后,再将脑海中构思的文章写下来。想象书写同样会引起大脑中的大量神经反应,与实际书写十分类似。放射学教授,华盛顿大学综合脑丞相研究中心的首席研究员拖得·理查兹介绍到:“如果你想象自己在写一封信,那么,大脑的某一部分就会出现神经冲动,就如同你真的在写信一样。除了手上的动作之外,在脑海中书写与实际书写几乎完全相同。”
如今,理查兹与他的同事们已经采集了约40位受试者的测试数据,并开始对这些数据进行分析,从中得到了一些人们意料之外的成果。他谈到:“我们之前根本就不知道,部分神经通道与节点在读写过程中处于兴奋状态。其中就包括大名鼎鼎的语言通道。除此之外,我们还发现了一些控制手部动作的运动神经通道。然而,这些神经冲动究竟是如何与你的手部动作产生关联的,我们目前尚不得而知。”
除了学习障碍之外,这一经济划算的书写设备还对某些人类疾病的深度研究有着巨大的辅助作用,尤其是对于诸如脑中风、多发性硬化症以及帕金森氏综合症等运动控制类疾病,其价值更是不容小视。理查兹表示:“有些疾病会导致患者无法平稳的移动双手,甚至全身瘫痪,这一设备的强大之处在于它能够将患者的每一个细微动作都毫无遗漏地记录下来,以帮助我们在未来对这类神经性疾病展开更为深入的探索和研究。”