不得了！对大脑电刺激可以提高记忆力？

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撰文：HXQHXQ

编辑：夏獭

也许你听说过样的新闻，有人被闪电击中，大难不死反而获得了像超强记忆力或者预知未来这样的超能力。闪电的放电电压高达数亿伏特，要知道我们家用交流电只有220V却也足以使我们丧命，要以我们的肉身去承受闪电如此高压，生还的几率几乎为零，就更别提获得超能力了。

虽然以“被雷劈”的方式获得超能力的幻想不太靠谱，但是，用比闪电小的多的电流，对大脑进行适当的电刺激，早已运用在医学上，成为临床治疗疾病的一种手段。

我们知道，神经元的电活动是神经系统信息传递的基础，而神经元之间的信息传导也正是通过电流流动来实现的。在各种神经疾病的患者中，正是由于神经元内部或者神经元之间的信息传递发生了错误，从而导致神经系统的功能紊乱，临床表现为各种生理功能上的异常。举一个不太恰当的比喻，大脑中的数百亿个神经元彼此联系，互相传递信号，他们共同构成了大脑的信息处理系统，神经元作为传递信息的载体，就像一条条河道，而神经元释放的电信号，就像河道里的水，水流动的过程就是信息的传递过程。水流就像电流，在正常健康的大脑内，每条河的水流量维持着动态的平衡，整个河道网络平稳运行，大脑能够对外界的信息进行正常的处理。而出了问题的大脑，或如水量过小近于枯竭的河道，信息传输受阻，或如水量过大以致泛滥的河道，信息流过载，流量过大或过小都会导致整个网络瘫痪，致使大脑不能正常行使相应功能。

图1 水流就像电流

深部脑刺激，指在大脑中植入电极，对某些脑区施加一定频率的电刺激，从而影响大脑神经元本身的电活动，使病理部位的神经元活动恢复或接近正常状态，从而改善患者病情，达到治疗疾病的效果。这就像是，某处河道枯竭或泛滥，都会影响水流的供给。在大脑中植入电极并施加电刺激，就像是人为疏通河道增加水流量，通过人为干预，使原本过少的水流量恢复到正常水平，从而使整个河道系统恢复正常。

图2 深部脑刺激

上世纪末，美国食药监局（Food and Drug Administration, FDA）批准了深部脑刺激用于治疗特发性震颤和帕金森病，目前全球已有至少10万患者接受了深部脑刺激治疗。深部脑刺激在治疗与肌体运动相关的神经疾病上有较好的效果，但是对于认知、记忆和情绪等非运动问题，这种方法还显得有些无能为力。

最近，深部脑刺激在记忆方面有了令人欣喜的新应用。来自美国宾夕法尼亚大学的研究人员在《自然通讯》上发表了一项研究，他们发现用闭环电刺激外侧颞叶皮层可以提高记忆力。

之前有研究做过用脑电刺激来改善记忆的尝试，但主要是对海马区和内侧颞叶施以脑电刺激，因为这两个区域是执行记忆功能的主要脑区，科学家希望以此来调控神经元活动并改善记忆。之前的研究采用的是开环设计，即电刺激不会根据神经元活动的变化而相应改变，电刺激以一定的频率和恒定的振幅施加到特定脑区。但此项以开环电刺激海马区和内侧颞叶的研究，结果上没有表现出很好的一致性，改善记忆的效果并不显著。

而最近宾大研究团队创新地使用了闭环的电刺激，并将电刺激部位设置在外侧颞叶皮层，结果显示这种方法能够有效地改善记忆。与开环不同的是，闭环设计存在一个“接收信息-做出响应-反馈信息”的循环过程，接收器接收脑电信号，根据对脑电的检测和分析，判断是否需要产生电刺激，当脑电活动在外加电流影响下恢复正常，随即停止电刺激。

研究人员招募了25位正在接受临床观察的癫痫病人，出于治疗需要，这些病人脑袋里已经被植入了100多个电极，他们对这些病人进行了一系列记忆相关实验，来研究深部脑电刺激对记忆的影响。

首先是数据采集和分析建模过程。

他们先让被试者进行一系列词汇的记忆-回想任务，采集被试者的脑电活动数据，并将其脑电活动模式与后来能否回忆起之前记忆的词组建立联系，通过对大量的神经元活动数据进行回归分析，建立起数学模型，这样当我们得到被试的脑电数据之后，就能够对之后的记忆唤醒概率做出预测。

其实这个过程就是让计算机去理解我们的记忆过程。我们在记忆时，大脑内大量神经元发生强弱不一的电活动，记忆的内容不同，整体的神经元活动会有很大的差别，计算机能够快速高效地处理大量的神经元活动数据，从中找出普适性规律，经过了这样的学习过程，计算机也就掌握了我们记忆的“套路”。

然后研究者进行了电刺激实验。

研究人员让被试者执行记忆任务，与此同时监测其脑电活动，已经熟知他们记忆“套路”的计算机对这些电活动数据进行分析，预测记忆结果，如果预测结果显示有较大概率记不住这个词汇，则植入脑内的电极会马上对大脑施加高频电刺激，来调整神经元的活动状态，直到预测结果接近于成功记住词汇。

这其实就是人为干预神经元活动使记住词汇的概率提高的过程。当我们在试着记住一个词汇时，大脑中的神经元电活动被计算机实时监控，计算机根据之前的学习过程对我们的记忆效果进行预判，当预测结果是记不住该词汇时，计算机就会像先知一样告诉我们，这样做是记不住东西的，然而计算机并不像老妈让你穿秋裤那样唠叨，它会直接向植入电极发出指令，电极于是就简单粗暴地释放电刺激，将神经元的活动直接调整到正确状态。

图3 电刺激实验

这样的方法可行吗？实验结果显示，对外侧颞叶皮层进行闭环电刺激，与不施加刺激和刺激其他脑区相比，记忆成功的概率更高，对外侧颞叶皮层施加电刺激可将成功记忆的概率提高15%。

这项研究创新性地运用了闭环电刺激，这种不是一刀切的，而是有反馈的、实时调整的刺激方式极大地弥补了恒定频率和振幅的开环电刺激的不足。而且研究发现了外侧颞叶皮层在记忆形成中的可能作用，为以后改善记忆方面的研究提供了新的策略。

随着科技的发展，生命科学和医学一点一点揭开生命的奥秘，人工智能和大数据帮助我们更加了解我们自己，新材料新技术为疾病的临床治疗提供了可行的方法，我们的未来，有无限可能。

【宝宝可是在十分正经地介绍电刺激改善记忆的新的科研成果(ಥ_ಥ)求各位评论区留情，就别让我给杨永信带盐了(>﹏<)】

【关于深部脑刺激与杨永信电击治疗的区别，我们专栏此前的一篇文章曾经介绍过的哟，请看这里 https://zhuanlan.zhihu.com/p/25200776】

参考文献：

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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