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4 月 20 日，來自科學(xué)家們的一份報告顯示，通過在大腦中植入類似“起搏器”的東西以緩解健忘癥、腦部損傷等病癥，植入大腦的電極發(fā)出的規(guī)律性脈沖可以提高某些人的記憶力，這次實驗是迄今為止最為嚴謹?shù)囊淮巍?/p>

科學(xué)家們一直試圖解開大腦信號的奧秘，這份報告是數(shù)十年努力的結(jié)晶。近年來，美國國防部計劃開發(fā)一種針對創(chuàng)傷性腦損傷的新療法，國防部的資助使得這項研究得以完成。創(chuàng)傷性腦損傷是伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭后的一種常見病癥。賓夕法尼亞大學(xué)的一個團隊帶頭完成了這項研究，研究成果發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）期刊上。

以往利用電極刺激人類記憶的實驗得出的結(jié)果不一：一些實驗增強了記憶，但也有的損害了記憶。新的報告解決了這一困惑，證明了發(fā)出刺激的時機非常關(guān)鍵。

在大腦記憶區(qū)域運轉(zhuǎn)不良時進行刺激，可以提高大腦對新信息編碼的能力，但如果在大腦記憶區(qū)域運轉(zhuǎn)良好時進行刺激，則會破壞這一過程。包括有記憶障礙的人在內(nèi)，大多數(shù)時間人類大腦記憶區(qū)域都處在正常工作狀態(tài)。

麥克·卡哈納（Michael Kahana）說：“我們都有狀態(tài)好和狀態(tài)差的時候，有時記憶模糊，有時又異常清晰。我們發(fā)現(xiàn)，在大腦運轉(zhuǎn)不暢的時候?qū)ζ溥M行刺激，可以使大腦進入高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)。”麥克·卡哈納與尤瑟夫·埃扎特（Youssef Ezzyat）是這個團隊的帶頭人。

研究者們也提醒，在大腦植入電極是一個極其細致的過程，而報告中所提到的改善可能也并不適用于所有的患者。這份研究主要是針對癲癇病患者；科學(xué)家們?nèi)孕柽M行實驗來驗證這種方法對于其他病癥的患者是否具有相同的效力；如果有效，又該如何正確使用這種方法幫助人們。但專家也表示，明確了刺激“時機”的重要性，說明這一研究已經(jīng)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機。

專家表示，對科學(xué)家們來說，這份新的報告是研究大腦閉合回路刺激必不可少的藍圖：植入的電極一方面要實時檢測大腦記憶區(qū)域的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，運轉(zhuǎn)狀態(tài)不佳時，要在幾微秒之內(nèi)發(fā)出脈沖信號才對記憶有所助益。科學(xué)家們希望這種靈敏定時電極的植入，能對多種病癥引發(fā)的思考與記憶損傷有改善作用，其中包括阿茲海默癥、健忘癥以及腦損傷的后遺癥等。

一名研究對象大腦的右半球。電極在藍色區(qū)域內(nèi)，研究者們的目標是朝向右側(cè)的標黃的一個。圖片版權(quán)： Youssef Ezzyat

加州大學(xué)圣地亞哥分校認知與精神科學(xué)系的助理教授布萊德利·沃伊泰克（Bradley Voytek）說：“這份報告非常了不起，因為它證明了為什么這類刺激對于某些病癥來說是有效的，而對于其他病癥卻沒有效果。這份報告為后續(xù)的研究作出了指引。”布萊德利并未參與此項研究。

國防部高級計劃研究局生物科技處負責(zé)人賈斯汀·桑切斯（Justin Sanchez）說：“在我看來，這份報告是解決這類問題的一個突破，它找到了對腦部進行刺激的位置并提高患者的記憶能力。”國防部撥款 7700 萬美元資助認知改善的相關(guān)研究。

認知科學(xué)家、腦部外科醫(yī)生和需手術(shù)的癲癇患者們互相合作進行這項非同尋常的實驗已經(jīng)有數(shù)十年的時間，這次的新發(fā)現(xiàn)讓這項研究走進了一個新的篇章。術(shù)前的評估測試屬于實驗的前期調(diào)查，醫(yī)生將一系列的電極植入腦部，等待病人癲癇發(fā)作，并觀察這種刺激是否有效。許多電極放置在大腦的記憶區(qū)域或鄰近區(qū)域，而這一等待可能要持續(xù)數(shù)周時間。認知科學(xué)家在得到病人許可的情況下，對病人進行記憶測試并作相應(yīng)記錄。

這種直接的神經(jīng)記錄方法，全部依賴于臨床上的腦部電極植入，這種方法已經(jīng)走在了人類記憶研究的前沿。這項研究使用了 150 名患者的數(shù)據(jù)，匯集了來自全美的 20 位專家，這些專家分別來自美國埃默里大學(xué)、華盛頓大學(xué)、梅約醫(yī)學(xué)中心和加州大學(xué)舊金山分校。

在一系列的實驗中，研究者們讓病人記住列別中的單詞，再分散他們的注意力，最后讓他們盡可能多得說出記住的單詞。科學(xué)家們在實驗全過程對患者腦部“活躍區(qū)域”進行記錄，此前的研究顯示，患者腦部的“活躍區(qū)域”與記憶編碼密切相關(guān)。在進行刺激實驗以前，研究者們就已經(jīng)對患者大腦運轉(zhuǎn)良好與欠佳狀態(tài)進行了明確的界定。

每個參與者都會加入重復(fù)性的單詞記憶測試，每次測試中出現(xiàn)的單詞都有差異。有些記憶測試在患者受到腦部刺激時進行，無刺激狀態(tài)下進行的測試則作為參照。研究者們會對大腦在運轉(zhuǎn)良好或欠佳狀態(tài)受到刺激后的記憶能力進行比對。

研究團隊在對實驗數(shù)據(jù)進行分析之后發(fā)現(xiàn)，如果在大腦運轉(zhuǎn)欠佳的狀態(tài)下對其進行刺激，那么患者的記憶會有所改善，如果在大腦運轉(zhuǎn)良好時進行刺激則會起到相反的作用。卡哈納醫(yī)生說：“患者的記憶平均會有 12%到 13%的提升，如果是在大腦運轉(zhuǎn)良好的狀態(tài)下進行刺激，記憶水平大約會下降 15%到 20%。”

心理醫(yī)生多麗絲·格林布萊特在美國埃默里大學(xué)參加了這項實驗，她表示自己曾主動要求進行手術(shù)，因為癲癇已經(jīng)給她造成了長期的記憶障礙。格林布萊特醫(yī)生說：“每次癲癇發(fā)作都會讓某段記憶斷裂，我的記憶好像飄忽不定一樣。”

多麗絲·格林布萊特（Doris Greenblatt）在紐約。格林布萊特醫(yī)生參與了一項實驗，因為她的癲癇已經(jīng)造成了記憶障礙。圖片版權(quán)：Edu Bayer/《紐約時報》

她對研究中的記憶測試抱有肯定態(tài)度，但她也表示：“說實話，這個測試讓人有一些難為情。比如說在一連串廚房用品的列表里，我只能記住一兩個，然后就想，‘還有什么呢？’”

她說自己并不知道自己腦部的電極是否處于刺激模式：“我只是覺得非常疲憊，也很擔(dān)心自己的狀況。”她在一年前接受了羅伯特·格羅斯（Robert Gross）醫(yī)生的癲癇手術(shù)，從此之后癲癇從未發(fā)作。她還表示自己的記憶力也有所改善。

這項研究中定時電極的植入表明了與此前研究的差異。2014 年，國防部曾資助另一團隊，他們直接對癲癇病人海馬體附近區(qū)域進行刺激，海馬體是記憶形成的關(guān)鍵部位。這一研究并未將大腦或好或差的運轉(zhuǎn)狀態(tài)考慮在內(nèi)，其實驗結(jié)果也不盡如人意。

沃伊泰克博士說：“在我看來，這種新方法很顯然昭示了簡單刺激器時代的結(jié)束。”

翻譯 熊貓譯社 孫一

題圖來自 Wikimedia Commons

? 2017 THE NEW YORK TIMES