超越表现分数：定向功能连接作为追踪运动技能学习与保持的脑标志物
Beyond performance scores: directed functional connectivity as a brain-based biomarker for tracking motor skill learning and retention
手术运动技能的习得需要长期训练，而常规行为指标只反映表现变化，看不出学习背后的神经过程。研究让25名受训者完成15天腹腔镜缝合训练并在六周后复测，另设27名未训练对照和15名专家外科医生作参照，用脑电在五个皮层区域间计算定向功能连接，并结合子任务分解、变点检测和一维卷积神经网络与腹腔镜手术基础评分比较。定向功能连接区分训练前后试次的准确率为94.4%，高于评分的84.5%，两者区分训练后与保持期的表现相近；它还比行为指标晚一天捕捉到认知到联合阶段的转换。
外科运动技能的习得需要长期训练与持久保持，然而标准的行为学指标只能捕捉表现变化，无法揭示学习背后的神经机制。在此，我们验证了定向功能连接（directed functional connectivity, dFC）——基于脑电图、使用非线性格兰杰因果（Granger causality）在五个皮层区域间计算得到——作为追踪运动学习与保持的脑源性生物标志物的有效性。25 名受训者完成了为期 15 天的腹腔镜缝合训练项目，随后进行为期六周的保持测试；一个未受训对照组（n = 27）和 15 名专家外科医生作为行为学与自主阶段的参照。dFC 通过子任务级分解、变点检测以及以腹腔镜手术基础（Fundamentals of Laparoscopic Surgery, FLS）评分为基准的一维卷积神经网络进行评估。dFC 对训练前与训练后试次的分类准确率为 94.4%，优于基于 FLS 的分类器（84.5%），而在训练前与保持期的区分上与 FLS 相当（87.5% 对 88.5%）。值得注意的是，dFC 识别出的认知到联合阶段转换比行为学指标（第 5 天）晚一天（第 6 天），这与睡眠依赖的神经巩固相一致。从训练后到保持期，两项指标均无进一步变化，且对照组未表现出适应。个体水平的 dFC 指标追踪了行为学累积和（cumulative sum, CUSUM）轨迹。总体而言，dFC 提供了一种子任务级、纵向稳定的神经适应生物标志物，可补充行为学指标，并有望用于脑信息引导的外科训练。
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来源：npj Science of Learning · nature.com