不得了！對大腦電刺激可以提高記憶力？

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作者：@HXQHXQ

校對：@EffieLiu

審稿：@博超同學

也許你聽說過樣的新聞，有人被閃電擊中，大難不死反而獲得了像超強記憶力或者預知未來這樣的超能力。閃電的放電電壓高達數億伏特，要知道我們家用交流電只有220V卻也足以使我們喪命，要以我們的肉身去承受閃電如此高壓，生還的幾率幾乎為零，就更別提獲得超能力了。

雖然以「被雷劈」的方式獲得超能力的幻想不太靠譜，但是，用比閃電小的多的電流，對大腦進行適當的電刺激，早已運用在醫學上，成為臨床治療疾病的一種手段。

我們知道，神經元的電活動是神經系統信息傳遞的基礎，而神經元之間的信息傳導也正是通過電流流動來實現的。在各種神經疾病的患者中，正是由於神經元內部或者神經元之間的信息傳遞發生了錯誤，從而導致神經系統的功能紊亂，臨床表現為各種生理功能上的異常。舉一個不太恰當的比喻，大腦中的數百億個神經元彼此聯繫，互相傳遞信號，他們共同構成了大腦的信息處理系統，神經元作為傳遞信息的載體，就像一條條河道，而神經元釋放的電信號，就像河道里的水，水流動的過程就是信息的傳遞過程。水流就像電流，在正常健康的大腦內，每條河的水流量維持著動態的平衡，整個河道網路平穩運行，大腦能夠對外界的信息進行正常的處理。而出了問題的大腦，或如水量過小近於枯竭的河道，信息傳輸受阻，或如水量過大以致泛濫的河道，信息流過載，流量過大或過小都會導致整個網路癱瘓，致使大腦不能正常行使相應功能。

深部腦刺激，指在大腦中植入電極，對某些腦區施加一定頻率的電刺激，從而影響大腦神經元本身的電活動，使病理部位的神經元活動恢復或接近正常狀態，從而改善患者病情，達到治療疾病的效果。這就像是，某處河道枯竭或泛濫，都會影響水流的供給。在大腦中植入電極並施加電刺激，就像是人為疏通河道增加水流量，通過人為干預，使原本過少的水流量恢復到正常水平，從而使整個河道系統恢復正常。

上世紀末，美國食葯監局（Food and Drug Administration, FDA）批准了深部腦刺激用於治療特發性震顫和帕金森病，目前全球已有至少10萬患者接受了深部腦刺激治療。深部腦刺激在治療與肌體運動相關的神經疾病上有較好的效果，但是對於認知、記憶和情緒等非運動問題，這種方法還顯得有些無能為力。

然而最近，深部腦刺激在記憶方面有了令人欣喜的新應用。來自美國賓夕法尼亞大學的研究人員在《自然通訊》上發表了一項研究，他們發現用閉環電刺激外側顳葉皮層可以提高記憶力。

之前有研究做過用腦電刺激來改善記憶的嘗試，但主要是對海馬區和內側顳葉施以腦電刺激，因為這兩個區域是執行記憶功能的主要腦區，科學家希望以此來調控神經元活動並改善記憶。之前的研究採用的是開環設計，即電刺激不會根據神經元活動的變化而相應改變，電刺激以一定的頻率和恆定的振幅施加到特定腦區。但此項以開環電刺激海馬區和內側顳葉的研究，結果上沒有表現出很好的一致性，改善記憶的效果並不顯著。

而最近賓大研究團隊創新地使用了閉環的電刺激，並將電刺激部位設置在外側顳葉皮層，結果顯示這種方法能夠有效地改善記憶。與開環不同的是，閉環設計存在一個「接收信息-做出響應-反饋信息」的循環過程，接收器接收腦電信號，根據對腦電的檢測和分析，判斷是否需要產生電刺激，當腦電活動在外加電流影響下恢復正常，隨即停止電刺激。

研究人員招募了25位正在接受臨床觀察的癲癇病人，出於治療需要，這些病人腦袋裡已經被植入了100多個電極，他們對這些病人進行了一系列記憶相關實驗，來研究深部腦電刺激對記憶的影響。

首先是數據採集和分析建模過程。

他們先讓被試者進行一系列辭彙的記憶-回想任務，採集被試者的腦電活動數據，並將其腦電活動模式與後來能否回憶起之前記憶的片語建立聯繫，通過對大量的神經元活動數據進行回歸分析，建立起數學模型，這樣當我們得到被試的腦電數據之後，就能夠對之後的記憶喚醒概率做出預測。

其實這個過程就是讓計算機去理解我們的記憶過程。我們在記憶時，大腦內大量神經元發生強弱不一的電活動，記憶的內容不同，整體的神經元活動會有很大的差別，計算機能夠快速高效地處理大量的神經元活動數據，從中找出普適性規律，經過了這樣的學習過程，計算機也就掌握了我們記憶的「套路」。

然後研究者進行了電刺激實驗。

研究人員讓被試者執行記憶任務，與此同時監測其腦電活動，已經熟知他們記憶「套路」的計算機對這些電活動數據進行分析，預測記憶結果，如果預測結果顯示有較大概率記不住這個辭彙，則植入腦內的電極會馬上對大腦施加高頻電刺激，來調整神經元的活動狀態，直到預測結果接近於成功記住辭彙。

這其實就是人為干預神經元活動使記住辭彙的概率提高的過程。當我們在試著記住一個辭彙時，大腦中的神經元電活動被計算機實時監控，計算機根據之前的學習過程對我們的記憶效果進行預判，當預測結果是記不住該辭彙時，計算機就會像先知一樣告訴我們，這樣做是記不住東西的，然而計算機並不像老媽讓你穿秋褲那樣嘮叨，它會直接向植入電極發出指令，電極於是就簡單粗暴地釋放電刺激，將神經元的活動直接調整到正確狀態。

這樣的方法可行嗎？實驗結果顯示，對外側顳葉皮層進行閉環電刺激，與不施加刺激和刺激其他腦區相比，記憶成功的概率更高，對外側顳葉皮層施加電刺激可將成功記憶的概率提高15%。

這項研究創新性地運用了閉環電刺激，這種不是一刀切的，而是有反饋的、實時調整的刺激方式極大地彌補了恆定頻率和振幅的開環電刺激的不足。而且研究發現了外側顳葉皮層在記憶形成中的可能作用，為以後改善記憶方面的研究提供了新的策略。

隨著科技的發展，生命科學和醫學一點一點揭開生命的奧秘，人工智慧和大數據幫助我們更加了解我們自己，新材料新技術為疾病的臨床治療提供了可行的方法，我們的未來，有無限可能。

【寶寶可是在十分正經地介紹電刺激改善記憶的新的科研成果(?_?)求各位評論區留情，就別讓我給楊永信帶鹽了(>﹏<)】

【關於深部腦刺激與楊永信電擊治療的區別，我們專欄此前的一篇文章曾經介紹過的喲，請看這裡:https://zhuanlan.zhihu.com/p/25200776】

參考文獻：

Youssef Ezzyat et al. Closed-loop stimulation of temporal cortex rescues functional networks and improves memory. Nature Communications 9, 365 (2018)

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