Daphne Bavelier：电子游戏提高学习能力和大脑可塑性

7月29日，北京大学IDG麦戈文脑科学研究所在王克桢楼1113召开麦戈文2023脑科学研讨会。来自美国麻省理工学院、宾夕法尼亚大学、瑞典日内瓦大学和中国科学院大学的脑科学家，应邀作了精彩的学术报告。本期学术笔记根据日内瓦大学Daphne Bavelier教授题为“Brain Play: Video Games as A Tool to Enhance Learning and Brain Plasticity”的学术报告整理而成。

玩耍行为（play behavior）在许多物种中普遍存在。除了哺乳动物以外，爬行动物、鱼类、甚至昆虫都会展现出玩耍行为。这种进化上的稳定性说明玩耍行为具有重要的进化意义。玩耍行为有五个关键的特征：（1）个体在安全的环境中做出，（2）是个体自发做出的行为，没有任何外在的要求，（3）不具有任何功能性，（4）包含在交配、打斗中涉及到的动作，（5）具有完整的、重复出现的模式。玩耍行为本身虽然不会有助于个体当下的生存，但是可以促进个体探索和掌握有助于生存和繁衍的技能，对个体未来的生存有帮助。

二十一世纪神经科学的发展为人们探索玩耍行为的神经基础提供了技术手段。中脑导水管周围灰质（periaqueductal gray, PAG）是玩耍行为的重要神经基础之一。PAG 在自律神经功能和对威胁性刺激的行为反应中发挥着关键作用，背侧PAG调控个体做出“战或逃”（fight-or-flight）行为。此外，PAG与前额叶皮层的多个脑区之间都存在着非常丰富的功能性连接，这种连接可以使得外界的威胁性信息通过PAG调节和训练前额叶对行为模式的表征。在表征外界刺激的过程中，PAG会对预期误差（prediction error）进行编码，基于误差信号不断更新预期，从而更加准确和有效地表征外界信息（Faull et al., 2019），可以作为学习的神经基础。

Daphne Bavelier教授的研究聚焦于以动作电子游戏（action video game）作为引发人类被试玩耍行为的实验操纵和干预手段，对个体的认知能力产生的影响。市面上常见的动作电子游戏例如虚幻竞技场（unreal tournament）、荣誉勋章（Medal of Honor）、使命召唤（Call of Duty）等等，这类游戏的内容通常为躲避敌人的袭击并且击杀敌人。为了评估动作电子游戏对各个认知领域的长期影响，研究者进行了一系列横断面研究，比较了日常生活中的游戏玩家和非游戏玩家的认知特征，发现经常玩动作电子游戏会对认知能力产生长期的积极效应，包括增强个体自上而下的注意力和空间认知能力（Bediou et al., 2018; Bediou et al., 2023）；在一些长期干预研究中，在训练阶段玩动作电子游戏的实验组被试与玩非动作电子游戏的控制组被试相比，认知能力出现了显著提高，这进一步证明了动作电子游戏与认知促进之间的因果关系，而且这一促进效果仅存在于动作电子游戏这一类特定的游戏（Bediou et al., 2018; Bediou et al., 2023）。

图1.动作电子游戏研究主要深用的两种实验设计：構断面研究与干预研究设计

动作电子游戏对任务表现的促进作用不局限于具体的任务，被试在经过动作电子游戏训练后，不仅在游戏中的表现会提升，而且在其他与游戏任务无关的认知任务中的表现也会有所提升。Bavelier教授提出，这种优势迁移的机制是动作电子游戏训练提升了个体的注意控制能力（attentional control）。注意控制指的是个体基于任务需要快速转换注意分配模式的能力（Bavelier & Green, 2019）。经常玩动作电子游戏或经过了动作电子游戏训练的个体，注意控制能力有显著的提升，可以更加有效地在空间和时间的维度上分配注意资源和切换注意模式（Green & Bavelier, 2015）。注意控制能力的提升使个体可以在任务相关信息上分配更多的注意资源，当个体面对一个崭新的任务时，这种高效分配注意资源的能力提升了个体在新任务中的学习速率，因此动作电子游戏可以促进多个领域的广泛认知能力提升。经过动作电子游戏训练的实验组个体与经过非动作电子游戏训练的控制组个体相比，在光栅方向学习任务中达到准确识别所需的对比度显著降低，在视觉听觉双通道N-back自适应学习任务中达到N级所需要的时间显著缩短，即动作电子游戏训练显著地提升了个体在知觉和工作记忆任务中的学习速度（Zhang et al., 2021）。

图2.动作电子游戏提高个体在新任努中的学习速率

动作电子游戏对认知能力的促进效果在医疗康复和教育等领域有巨大的应用潜力。在医疗领域，一些研究探究了动作电子游戏帮助弱视病人恢复视力的效果，采用双眼分视形式呈现的动作电子游戏可以在一定程度上恢复病人弱视眼视力，第一人称3D射击游戏可以部分地恢复病人的立体视觉（Bavelier & Green, 2019）。在教育领域，动作电子游戏有助于提高学生的阅读能力。8-10岁的儿童在经过了动作电子游戏的训练后，与控制组的儿童相比，不仅在实验室的阅读能力任务中表现出了显著更高的准确性和流畅性，而且在训练12-18个月后的学校语言考试中获得了显著更高的成绩，说明动作电子游戏对儿童语言能力有长期而稳定的积极影响（Pasqualetto et al., in press）。

综上所述，在本次报告中，Daphne Bavelier教授介绍了动作电子游戏对认知能力产生促进作用的一系列研究。横断面研究和干预研究显示，动作电子游戏可以广泛促进个体的认知能力提升，包括知觉、空间认知、注意和工作记忆等。通过增强个体的注意控制能力，动作电子游戏可以提升个体在新异任务中的学习速率，使动作电子游戏对任务表现的促进效果可以广泛地转移到其他领域的、未经训练的认知任务中。未来，动作电子游戏可以应用于医疗康复和教育等领域。