治疗记忆力衰退有了突破口,大脑“起搏器”能帮点忙_智能_好奇心日报

Benedict Carey2017-04-26 07:08:34

科学家们一直试图解开大脑信号的奥秘,这份报告是数十年努力的结晶

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4 月 20 日,来自科学家们的一份报告显示,通过在大脑中植入类似“起搏器”的东西以缓解健忘症、脑部损伤等病症,植入大脑的电极发出的规律性脉冲可以提高某些人的记忆力,这次实验是迄今为止最为严谨的一次。

科学家们一直试图解开大脑信号的奥秘,这份报告是数十年努力的结晶。近年来,美国国防部计划开发一种针对创伤性脑损伤的新疗法,国防部的资助使得这项研究得以完成。创伤性脑损伤是伊拉克战争和阿富汗战争后的一种常见病症。宾夕法尼亚大学的一个团队带头完成了这项研究,研究成果发表在《当代生物学》(Current Biology)期刊上。

以往利用电极刺激人类记忆的实验得出的结果不一:一些实验增强了记忆,但也有的损害了记忆。新的报告解决了这一困惑,证明了发出刺激的时机非常关键。

在大脑记忆区域运转不良时进行刺激,可以提高大脑对新信息编码的能力,但如果在大脑记忆区域运转良好时进行刺激,则会破坏这一过程。包括有记忆障碍的人在内,大多数时间人类大脑记忆区域都处在正常工作状态。

麦克·卡哈纳(Michael Kahana)说:“我们都有状态好和状态差的时候,有时记忆模糊,有时又异常清晰。我们发现,在大脑运转不畅的时候对其进行刺激,可以使大脑进入高速运转状态。”麦克·卡哈纳与尤瑟夫·埃扎特(Youssef Ezzyat)是这个团队的带头人。

研究者们也提醒,在大脑植入电极是一个极其细致的过程,而报告中所提到的改善可能也并不适用于所有的患者。这份研究主要是针对癫痫病患者;科学家们仍需进行实验来验证这种方法对于其他病症的患者是否具有相同的效力;如果有效,又该如何正确使用这种方法帮助人们。但专家也表示,明确了刺激“时机”的重要性,说明这一研究已经出现了转机。

专家表示,对科学家们来说,这份新的报告是研究大脑闭合回路刺激必不可少的蓝图:植入的电极一方面要实时检测大脑记忆区域的运转状态,运转状态不佳时,要在几微秒之内发出脉冲信号才对记忆有所助益。科学家们希望这种灵敏定时电极的植入,能对多种病症引发的思考与记忆损伤有改善作用,其中包括阿兹海默症、健忘症以及脑损伤的后遗症等。

一名研究对象大脑的右半球。电极在蓝色区域内,研究者们的目标是朝向右侧的标黄的一个。图片版权: Youssef Ezzyat

加州大学圣地亚哥分校认知与精神科学系的助理教授布莱德利·沃伊泰克(Bradley Voytek)说:“这份报告非常了不起,因为它证明了为什么这类刺激对于某些病症来说是有效的,而对于其他病症却没有效果。这份报告为后续的研究作出了指引。”布莱德利并未参与此项研究。

国防部高级计划研究局生物科技处负责人贾斯汀·桑切斯(Justin Sanchez)说:“在我看来,这份报告是解决这类问题的一个突破,它找到了对脑部进行刺激的位置并提高患者的记忆能力。”国防部拨款 7700 万美元资助认知改善的相关研究。

认知科学家、脑部外科医生和需手术的癫痫患者们互相合作进行这项非同寻常的实验已经有数十年的时间,这次的新发现让这项研究走进了一个新的篇章。术前的评估测试属于实验的前期调查,医生将一系列的电极植入脑部,等待病人癫痫发作,并观察这种刺激是否有效。许多电极放置在大脑的记忆区域或邻近区域,而这一等待可能要持续数周时间。认知科学家在得到病人许可的情况下,对病人进行记忆测试并作相应记录。

这种直接的神经记录方法,全部依赖于临床上的脑部电极植入,这种方法已经走在了人类记忆研究的前沿。这项研究使用了 150 名患者的数据,汇集了来自全美的 20 位专家,这些专家分别来自美国埃默里大学、华盛顿大学、梅约医学中心和加州大学旧金山分校。

在一系列的实验中,研究者们让病人记住列别中的单词,再分散他们的注意力,最后让他们尽可能多得说出记住的单词。科学家们在实验全过程对患者脑部“活跃区域”进行记录,此前的研究显示,患者脑部的“活跃区域”与记忆编码密切相关。在进行刺激实验以前,研究者们就已经对患者大脑运转良好与欠佳状态进行了明确的界定。

每个参与者都会加入重复性的单词记忆测试,每次测试中出现的单词都有差异。有些记忆测试在患者受到脑部刺激时进行,无刺激状态下进行的测试则作为参照。研究者们会对大脑在运转良好或欠佳状态受到刺激后的记忆能力进行比对。

研究团队在对实验数据进行分析之后发现,如果在大脑运转欠佳的状态下对其进行刺激,那么患者的记忆会有所改善,如果在大脑运转良好时进行刺激则会起到相反的作用。卡哈纳医生说:“患者的记忆平均会有 12%到 13%的提升,如果是在大脑运转良好的状态下进行刺激,记忆水平大约会下降 15%到 20%。”

心理医生多丽丝·格林布莱特在美国埃默里大学参加了这项实验,她表示自己曾主动要求进行手术,因为癫痫已经给她造成了长期的记忆障碍。格林布莱特医生说:“每次癫痫发作都会让某段记忆断裂,我的记忆好像飘忽不定一样。”

多丽丝·格林布莱特(Doris Greenblatt)在纽约。格林布莱特医生参与了一项实验,因为她的癫痫已经造成了记忆障碍。图片版权:Edu Bayer/《纽约时报》

她对研究中的记忆测试抱有肯定态度,但她也表示:“说实话,这个测试让人有一些难为情。比如说在一连串厨房用品的列表里,我只能记住一两个,然后就想,‘还有什么呢?’”

她说自己并不知道自己脑部的电极是否处于刺激模式:“我只是觉得非常疲惫,也很担心自己的状况。”她在一年前接受了罗伯特·格罗斯(Robert Gross)医生的癫痫手术,从此之后癫痫从未发作。她还表示自己的记忆力也有所改善。

这项研究中定时电极的植入表明了与此前研究的差异。2014 年,国防部曾资助另一团队,他们直接对癫痫病人海马体附近区域进行刺激,海马体是记忆形成的关键部位。这一研究并未将大脑或好或差的运转状态考虑在内,其实验结果也不尽如人意。

沃伊泰克博士说:“在我看来,这种新方法很显然昭示了简单刺激器时代的结束。”


翻译 熊猫译社 孙一

题图来自 Wikimedia Commons

© 2017 THE NEW YORK TIMES

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