電子科大教授：遊戲是如何讓大腦“變聰明”的？

上週，美國食品藥品管理局批准了第一款能進入醫生處方的電子遊戲，用於8-12歲兒童注意缺陷多動障礙（ADHD）的治療。

這顛覆了許多人對遊戲的認知。遊戲為什麼能具備這樣的功效？

其實早在七年前，電子科技大學神經工程與神經資料實驗室便開始了對電子遊戲的一系列研究。

結果表明，藉助前沿的腦科學研究技術，遊戲有潛力成為一種大腦能力評估、選拔和訓練的新型工具，在人才選拔、人員培訓和腦疾病治療等領域起到非常獨特的作用。

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2008年，大西洋月刊發表了一篇非常著名的文章：谷歌正在讓我們變得更傻嗎（Is Google Making Us Stupid?）？

作者Nicholas Carr是一個貪婪的閱讀者。在沒用谷歌之前，他能夠沉浸在一本書裡幾個小時。但使用谷歌後，還沒讀完一本書的兩三頁，他已心思跳躍，手癢的想找其他事情做。

Nicholas Carr描述了網際網路時代一個典型人類大腦所經歷的變化。他對這個話題如此痴迷，以至於在2010年推出專著：《淺薄：網際網路正在對我們的大腦做什麼？》（The Shallows: What the Internet Is Doing to Our Brains）。這本書的中譯本名稱是“網際網路如何毒化了我們的電腦”。中英對比，趣味盎然。

Nicholas Carr其實丟擲了一個網際網路時代的元命題。要解答這個巨集大複雜的元命題，離開腦科學的研究或許都無法讓人信服。




2013年，成都電子科技大學的宮殿坤博士，還在為英雄聯盟遊戲興奮不已。

作為一個研究認知神經學的遊戲迷，宮殿坤看到了電子遊戲作為一種新興的腦-機互動媒介，正在通過其多媒體、高強度的輸入輸出形式，強烈地塑造著人類的大腦。最為重要的是，這種塑造可能是正面的。

彼時，國內學界對遊戲的研究，還主要侷限與遊戲有關的成癮等負面行為層面。而在同一時期，國際上已經有關於電子遊戲的型別豐富的研究成果，例如在2009年，美國羅徹斯特大學Daphne Bavelie教授對《使命召喚2》的研究表明這類遊戲能夠顯著提升視覺能力和敏感度。該研究被刊登在當年的《自然-神經科學》（Nature Neuroscience）上。近年來，隨著國內遊戲產業的發展，關於電子遊戲的研究角度才逐漸豐富和多元起來。

宮殿坤很早便看到了遊戲的另一面。

2013年前後，恰逢磁共振研究技術趨於成熟，成都電子科大成為國內最先成體系的從腦科學角度去研究電子遊戲的高校。超越傳統心理學的研究正規化，宮殿坤看到了從腦科學突破遊戲研究的曙光——

如果大腦能被科學地直接測量，那為什麼還只要觀察行為？

從2013年發表第一篇關於遊戲腦機制研究的國際論文開始，在七年間，宮殿坤採用腦電波、磁共振等最先進的腦科學研究儀器，憑藉其所在團隊發展的國際前沿的“多模腦資訊融合分析”研究技術，突破了遊戲研究領域的單一行為心理學正規化，先後對不同層次的遊戲玩家開展了系列實驗研究。系列研究成果發表在多家國際知名的心理學、神經科學專業期刊，引發了國內外媒體的廣泛關注。

他的系列研究表明，一些特殊型別的電子遊戲，能夠呼叫和增強大腦的注意、工作記憶和感覺運動等認知功能。

據此，宮殿坤認為藉助前沿的腦科學研究技術，電子遊戲有潛力成為一種大腦能力評估、選拔和訓練的新型工具，在人才選拔、人員培訓和腦疾病治療等領域起到非常獨特的作用。

騰雲 對身兼玩家和遊戲研究者雙重身份的成都電子科技大學的宮殿坤教授進行了專訪。




騰雲：宮老師好，請您先介紹一下這一系列研究。

▌宮殿坤：從腦科學角度看來，電子遊戲的本質是一種提供了豐富虛擬刺激和複雜反應需求的腦-機互動媒介。與其他腦-機互動形式一樣，頻繁的使用電子遊戲也會導致效應的累積，進而影響到大腦的功能和結構。只不過這種影響的大小和好壞是因時而異、因事而異和因人而異。

隨著智慧裝置和網際網路技術的高速發展，電子遊戲在全世界範圍已經達到了驚人的普及程度。所以，電子遊戲在客觀上已經成為影響大腦發展和健康的新型因素。

但科學界有關電子遊戲的研究卻長期侷限於行為科學領域，其他科學領域特別是在腦科學領域研究還比較欠缺。這也是我開展這些研究的背景。

在研究中，我們應用了前沿的腦科學研究技術。

例如，我們的一項研究結果發現，長期的動作類電子遊戲經驗能夠對大腦中區域性和全域性兩個尺度的白質神經網路產生增強作用。而這些區域和網路主要用於支援更好的選擇性注意、執行控制和感覺運動功能。這項研究第一次闡明瞭動作類電子遊戲增強認知功能的白質神經網路機制。

簡單地說，我們的系列研究結果表明了動作類電子遊戲具有呼叫和增強注意、工作記憶和感覺運動等多種大腦能力的作用。

這為大腦可塑性理論提供了來自新媒介的重要證據。同時意味著需要對電子遊戲影響大腦發展和健康的機制開展深入研究，從而推動其在教育和醫療康復等領域的轉化應用。




騰雲：電子遊戲對於教育和醫療的應用，許多遊戲製作人也對此表現出濃厚感興趣。從腦科學的角度看來，如何理解？

▌宮殿坤：腦疾病已經逐漸成為全球醫療負擔中最大的一項。現有的干預措施已經難以滿足需求，急需一種使用方便、成本低廉的干預工具。而且，隨著智慧時代的到來，社會生產對人自身的能力需求也正從“體力為主，腦力為輔”逐漸向“腦力為主，體力為輔”發生革命性的改變。

電子遊戲所具有的一些獨特優勢使之有潛力成為干預腦疾病和腦發展的新型工具，併為認識腦可塑性機制和開展人工智慧研究提供獨特視角。

電子遊戲在醫療領域潛在的應用，舉例來說，用體感遊戲康復中風患者的大腦功能：中風以後病人胳膊不能動了，單純“掰胳膊”的效果非常有限。因為偏癱不能動的現象主要是腦功能損傷所致，而“掰胳膊”是一種被動運動，並非是直接作用在腦損傷區域，而且住院和治療的花費也很高。

這個時候，體感運動遊戲就很好解決了這個問題，患者在遊戲過程是主動運動，也有興趣，可以在家就進行康復，同時成本又很低。




電子遊戲在教育領域的應用的點就更多了。

首先電子遊戲可以成為一個腦力挑戰系統。通過這個系統可以把大腦中的各種極限給激發出來。也就是說，有了這個挑戰系統，再結合前沿的腦科學研究技術，就可以實現對候選人大腦的客觀測量和精準評估。

所以電子遊戲有潛力成為智慧社會人才腦力評估和選拔的獨特工具。

但傳統的人才選拔技術是怎樣的？傳統的人才選拔通常包括知識選拔和能力選拔兩部分，所採用的形式通常也有兩種：試卷和麵談。因此傳統人才選拔方法本質上都是基於從外顯行為。所以從本質上來講，傳統人才選拔是一種從外顯行為間接測量大腦能力的技術，無法直接、準確的測量大腦能力。

如果我們藉助於電子遊戲這個獨特的腦-機互動載體，我們就有機會實現生態化和全面的大腦測量了。即通過電子遊戲去聯合行為和大腦兩個層面，去發展人才評估和選拔的2.0版本技術。

其實無論是高考，還是企業招聘，我們現在遇到的很多問題，都不是傳統的教學和人力資源體系可以解決的，許多問題的根源在於腦科學。這也是為什麼我國和全世界對於腦科學研究都非常重視的原因。

隨著智慧社會的到來，社會需要個體完成的工作日益複雜，而這些工作又是以腦力為核心。在這個背景下，如何藉助腦科學技術把電子遊戲這種獨特的載體轉為人才評估和選拔的工具是我正在努力的研究方向。



騰雲：您最初是怎麼決定做電子遊戲相關研究的？

▌宮殿坤：我從小學就開始玩紅白機遊戲了。只不過在上學的時候，我就只是個純粹的玩家。

讀博士之後，前兩年我做的也是傳統的認知心理學研究，研究領域小眾且偏理論化。那個時候，英雄聯盟在高校流行起來。從腦科學專業的角度出發，我覺得它和以前的遊戲模式相比，有了巨大的改變，可能蘊含著非常有趣的研究內容。

現在看來，它的遊戲設計師未必是有意識的按照腦科學的規律去設計的，但它在客觀上的確遵循了腦科學規律，這可能是它取得成功的重要原因之一。

騰雲：從腦科學的角度來看，英雄聯盟的進步在哪裡？

▌宮殿坤：從紅白機遊戲到英雄聯盟，遊戲機制經歷了許多進步。而以英雄聯盟為代表的MOBA類遊戲在遊戲機制具有一些獨特的優點：

第一點，英雄聯盟這類遊戲在大腦和計算機之間建立了高強度的互動需求。這些高強度的需求能夠在很短時間內呼叫大腦的各種功能，平常所說的認知、情感、意志和行為都會被很高程度的呼叫。




第二點，英雄聯盟這類遊戲中包含了很多認知挑戰任務，這些認知挑戰能夠對大腦產生豐富的增強作用，例如增強知覺、注意、記憶和感覺運動功能等。例如，一個簡單的例子，遊戲中的補兵（又稱補刀）就是感覺運動功能的典型體現——要控制英雄及時地去完成最後一下攻擊。

再複雜一點的例子：“打團”就是一個綜合認知挑戰的體現。

例如，你需要利用分散和集中注意力，觀察敵人在什麼位置、做什麼，己方隊友在什麼位置、做什麼等；需要利用長時記憶記住敵人和隊友使用的英雄具有哪些主動和被動技能，以及遊戲地圖內有哪些戰略資源和地形可以利用等。

再例如，你需要利用工作記憶去分析當前敵我雙方的英雄有那些技能可用、哪些處於冷卻狀態，以便採取針對性戰術；你還需要利用執行功能去規劃和調整不同團戰的目標，並監督和控制團戰過程，以便最終實現既定的戰略方針；最後，你還需要調節自己的情緒和動機處於一個合適的水平，以便能夠促進自己的表現，而不是反過頭來削弱自己的表現。




第三點，英雄聯盟這類遊戲本身所具有的娛樂屬性，以及伴有的各種各樣榮譽機制，如段位、稱號以及成就等，會源源不斷產生正反饋，激勵玩家們不斷克服各種困難和挑戰。

第四點，英雄聯盟這類遊戲所具有的多媒體屬性，在遊戲過程中，會壟斷甚至獨佔使用者的所有感覺通道和認知資源。

如果把人類大腦看作是一臺計算機，英雄聯盟這類遊戲的使用過程幾乎把CPU、記憶體和硬碟資源全部佔用了。這意味著玩家的遊戲過程本質上是在進行高強度和專注的大腦訓練，因此其對大腦的可塑性影響就可能非常大。




第五點，經歷了多個世代的技術更替和持續不斷的優化之後，當前的遊戲設計技術已能夠很好的適應使用者的心理和生理特點，使得類似英雄聯盟這樣成功的電子遊戲都具有較高的人機功效學效能。

第六點，英雄聯盟這類遊戲都採用“動態多人匹配”的遊戲機制。

這種機制的核心是控制敵我雙方玩家的能力水平，使得遊戲勝率的期望值控制在50%左右。這種機制令玩家只能不斷進步才能不斷勝利，否則只能獲得隨機水平的勝利。與“情感體驗類”遊戲不同，這種機制創造了“持續”提高且“自適應”的“最近發展區”，從而具有較好的學習效果。

其“持續”體現在，即便玩家能力不斷提高，遊戲系統依靠海量使用者基數也始終能為之匹配到旗鼓相當的“陪練”對手。其“自適應”體現在，如果玩家的能力沒有提高，那麼其面對的對手也“沒有提高”，如果其提高的很快，那麼其面對的新對手的能力仍然與之旗鼓相當（“最近發展區”概念源自維果斯基的著名心理髮展理論，通俗的講是指學習者處於該區域時具有最佳的學習效果，“最近發展區”會隨學習者的能力上升而變化，因此需要不斷調整教學內容）。

總之，針對每個玩家的不同能力，這種機制提供了一個“持續且自適應”的“最近發展區”。而這其實是學習心理學一直嘗試解決的難題。此外，這種機制匹配的對手都是真人，不像AI陪練，非常被容易被找出“弱點”。因此“動態多人匹配”機制可能是增強人大腦能力最好的一種遊戲機制。




騰雲：與MOBA類遊戲相比，其他型別遊戲——如第一人稱射擊遊戲對人腦的影響如何？

▌宮殿坤：第一人稱射擊遊戲不是我專門的研究領域，但關於它的研究其實非常多。第一人稱射擊類遊戲的特點決定了，它是以注意力和感覺運動能力為核心的，可能對於這兩類能力的增強效果特別突出。雖然射擊遊戲也有團隊合作，但可能只是次要方面，主要方面可能還是搜尋目標、瞬間完成瞄準開槍動作。

MOBA遊戲在注意力、感覺運動能力這些維度上也許對人腦的促進比不上第一人稱射擊遊戲，但卻在工作記憶、遊戲策略等其他方面要更強。

所以，如果為兩類遊戲對大腦能力的促進作用繪製兩個“雷達圖”，第一人稱射擊遊戲可能在雷達圖某幾個尖峰表現更加突出，而MOBA遊戲是個比較均勻的多邊形。這可能就是它們在腦機制上的區別。




騰雲：您的研究中有一個很有趣的論點：電子遊戲能夠增強執行網路和預設模式網路（Default Mode Network，簡稱DMN網路）之間的功能協調。應該怎麼理解？

▌宮殿坤：內生性神經網路，其中兩個與任務完成相關，分別是Salience Networks（簡稱SN網路），負責識別新異刺激和調節認知資源等，Central Executive Networks，（簡稱CEN網路）負責完成基於空間和語義資訊的計算分析。第三個神經網路就是DMN，它通常與任務完成無關，但與“自我”密切相關。

大量的前人研究表明，DMN主要負責思考自我、回憶過去和規劃未來等加工。簡單的說，我們做事的時候，SN和CEN網路就在活躍；當我們發呆休息的時候，兩個做事的網路也就休息了，而DMN此時卻活躍了。

在以往的研究中，大家一般認為任務相關和任務無關的神經網路是一種拮抗關係。因為兩類網路共用一個有限的認知資源，一方呼叫多就必然導致另一方可用資源少。但是我們的研究發現，兩種網路非但沒有表現出“你強我就弱”的拮抗性，反而出現了共同增強的現象，這一點和以往的研究非常不同。

這意味著什麼呢？我的猜測是，當玩家玩遊戲的時候，他把“自我”的一些資訊投射到了他所控制的英雄上面去了。即雖然玩家控制的是個遊戲角色，但這些角色又包含了玩家“自我”的一部分。




騰雲：在您的研究中，您指出特定的遊戲可以修復認知損傷，用於教育、醫療實踐。所以，對於這樣的“電子遊戲治療”需要注意哪些問題？

▌宮殿坤：商業遊戲不能直接用於治療。儘管商業電子遊戲中的一些元素被證明具有確切的大腦幹預效果，但這類遊戲通常還包含很多無效甚至有干擾的元素。在實際應用時需要開發專門的電子遊戲以便能夠消除上述這些無效和起干擾作用的元素。

電子遊戲的本質是一種供娛樂的腦機互動媒介。長時間的使用電子遊戲必然導致大腦發生可塑性變化，只不過這種變化會因不同個體、不同遊戲內容和不同遊戲強度而表現出或積極或消極，或很強或很弱的屬性。

因此，“電子遊戲治療”也會因人而異、因事而異。例如，MOBA類遊戲也許能夠很好的訓練年輕人的大腦，但對一個80歲的老年人也許就不合適了，因為如此高的遊戲強度就像在讓他們的大腦進行百米衝刺訓練，有可能累壞他們。

總之，在開展“電子遊戲治療”之前還需要系統地開展轉化應用研究。




騰雲：從書籍、廣播、電視到電子遊戲，不同的媒介的出現都曾對人帶來過影響。從您的專業領域來看，電子遊戲與其他媒介相比有什麼不同？

▌宮殿坤：那些主觀上想要改變人類大腦的媒介，往往效果不好，例如心理學有專門研究大腦訓練的領域，這個領域有非常長久的歷史。但有趣的是，無心插柳柳成蔭，電子遊戲最初不是為了訓練大腦準備的，但客觀上，當前一些成功的電子遊戲恰是腦科學理論運用最好的一個載體。

在當下的資訊社會，沒有哪個媒介能夠替代遊戲，沒有哪個媒介能和大腦發生這麼高強度的互動。讀書、看網頁、看電影……和遊戲相比，它們的互動遠遠不是一個量級。

我喜歡舉一個例子：MOBA遊戲就像是象棋和籃球的結合，腦子要快、手也要跟得上。在這個遊戲中，你面對的是一個隨時想要贏你的對手。如果再考慮到遊戲內玩家可以隨時組成不同人數的小隊，以及可採取的戰略和戰術組合幾乎是無窮無盡的，那麼這類遊戲對大腦產生的負荷強度超乎想象。

隨著新型電子計算裝置的不斷湧現（例如，虛擬現實和擴增實境），在未來很長一段時間內電子遊戲應該是與人類大腦互動最密切，需要耗費腦力資源最多的媒介。換句話說，電子遊戲的獨特地位是很難撼動的，未來只可能是它自己革自己的命。



騰雲：12年前有一篇著名的文章提出疑問：谷歌讓人變愚蠢了嗎？從您的角度看來，網際網路時代以來，人類的行為、心理模式，是否發生了一些永久性的不可逆的變化？

▌宮殿坤：有一個研究很有意思，大概意思是說，在網際網路廣泛使用以後，大家都不記具體的東西了，而更多地去記憶“如何搜尋某樣東西”。比如，小孩子突然肚子不舒服，家長應該怎麼辦？現在很多人可能都不會去記具體該怎麼辦了，更可能會記憶到“哪個網上”找個帖子。

這是一個很有趣的變化。以往我們沒有計算機，只有物質世界。現在有了計算機，相當於有了一個虛擬世界。

我們需要接受這樣一個事實：在虛擬世界中，你在改造它，它也在改造你。這就是為什麼我會認為電子遊戲會通過影響人類的大腦而影響世界和改變未來。
本期玩家：宮殿坤，電子科技大學神經工程與神經資料實驗室副教授

作者：林偕，騰雲特約作者
來源：騰雲
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