脑电波治疗大脑疾病的潜力会超乎我们的想象

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越来越多的证据开始揭示脑电波可以影响阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经疾病。甚至可以利用脑电波去治疗神经疾病。也就是说，有可能不使用化学药物，仅仅通过物理方法，防止甚至扭转大脑的各种退行性疾病。目前有20多个临床试验在进行中，有的是治疗失眠，有的是精神分裂症，也有经前焦虑障碍等各种疾病。这些方法一般直接作用于头皮。也有一些临床试验是通过闪烁的灯光或有节奏的声音来影响脑电波。

近100年前，科学家发现了在大脑中不断波动的电波，但他们不能确定这些振荡在人的行为或大脑功能中起什么作用。后来的研究表明，脑电波与睡眠中的记忆巩固密切相关，脑电波也和感官信号的输入以及意识的协调有关联。

通过外部刺激，如声，光，电磁波，可以把脑电波引导到到和外部刺激一致的状态。外部刺激可以激发大脑的“频率跟随”，令脑电波和外部刺激的达到一致的节拍。用“频率跟随“的方法也可以诱导大脑进入平常难以接近的大脑状态，体验从未体验的感觉。

麻省理工学院的科学家用40Hz声音和光线来调制脑电波，以达到治疗阿尔兹海默病的目的。他们最初的研究显示，以40赫兹频率震动的光线刺激视觉可以在视觉皮层诱发伽马脑电波。这些脑电波有助于正常的大脑功能，如注意力和记忆。

麻省理工的蔡教授

科学家后来发现如果将40赫兹的闪烁光线与声音刺激相结合，可以进一步减少了大脑中的蛋白质斑块。而这种组合对大脑的内部状态也可以产生更深远的影响，一直延伸到海马和前额叶皮层的部分区域。研究人员还发现，光和声音引起的伽马振荡在认知上同样有帮助。

神经元通过离子进出每个细胞所产生的电脉冲进行交流。单个放电神经元不能通过脑电图的电极来测量。当一群神经元一次又一次地同步发射时，就会出现那些横穿大脑的振荡的电的涟漪。

频率最高的是伽马波，频率从25赫兹到140赫兹不等。当人们处于精神集中的状态的时候，经常会表现出大量的这种活动。频率最低的Delta脑电波在0.5到4赫兹左右。Delta脑电波往往发生在深度睡眠过程中。在任何时间点，某一种类型的脑电波往往占主导地位，尽管其他波段总是在一定程度上存在。

在麻省理工大学的最新研究中，研究人员更深入地研究了40Hz的闪烁光产生的改善作用是如何发生的。在新的实验中，研究人员发现，一天一小时持续三到六周的视觉刺激对神经元退化的速度减慢有显著的影响。科学家观测到这种治疗在细胞水平上的影响。它不仅帮助神经元，而且帮助称为小胶质细胞的免疫细胞。总的来说，这些效应可以减少炎症反应，增强突触功能，防止细胞死亡。

科学家一直希望了解脑电波的功能。早在1994年，科学家在小鼠学习时测量到的特征脑电波，然后在它睡眠的时候看到了同样的特征脑电波，暗示小鼠在睡觉的时候可能在复习功课。加州大学伯克利分校的Helfrich教授和他的同事们发明了一种方法，用非侵入性的技术来增强或减少40赫兹的伽马振荡。他们发现脑电波似乎也会影响意识知觉。通过调整这些振荡，居然可以影响一个人对事物的判断，比如在一段视频中的移动点是垂直的还是水平的。

脑电波还提供了一种机制，使大脑在任何时候都能从混乱环境中提取出连贯的体验，这是所谓的“绑定问题”。通过同步对同一事件作出反应的神经元的放电节奏，脑电波可以确保一个事件的所有相关信息都在正确的时间到达大脑的正确区域。协调这些信号是正确认知的关键。

但在某些疾病中，这些振荡可能会被破坏。例如，在帕金森病中，当身体运动受到损害时，大脑通常会显示出运动区域β波的增加。在健康的大脑中，β波在身体运动之前就被抑制了。但在帕金森病中，神经元似乎被固定在同步的活动模式中。这导致僵化和运动困难。英国牛津大学(Universityof Oxford，UK)研究帕金森氏病的彼得·布朗(Peter Brown)说，目前治疗这种疾病症状的方法是脑深部电刺激，用这种方法减少β波。

阿尔茨海默病患者的伽马振荡减少。所以蔡和其他人想知道伽马波活动是否可以恢复，这是否会对疾病产生任何影响。他们首先使用的是光遗传学，把脑细胞设计成能够直接对闪光作出反应。2009年，MIT蔡教授的团队与当时也在麻省理工学院的克里斯托弗-摩尔合作，首次证明了利用这一技术在小鼠大脑的特定部位驱动伽马振荡是可能的。

MIT的蔡教授和她的同事随后发现，修补振动会引发一系列生物事件。它引发基因表达的变化，导致大脑中的小胶质细胞-免疫细胞-改变形状。这些细胞开始进入清除模式，使它们能够更好地处理有害物质。

然而，如果这项技术有任何治疗意义，MIT的蔡教授和她的同事就必须找到一种较小的侵入性方法来操纵脑电波。以特定频率闪烁的灯已经被证明会影响大脑某些部位的振荡，因此研究人员转向了闪光灯。他们一开始就把有淀粉样蛋白倾向的幼鼠暴露在闪烁的LED灯上一小时。这创造了一个自由浮动的淀粉样物质的下降，但它是暂时的，持续不到24小时，并且只限于视觉皮层。

为了对带有淀粉样斑块的动物产生更持久的影响，他们在一周的时间里每天重复一小时的实验，这一次使用的是已经开始形成斑块的老年老鼠。实验结束后24小时，这些动物的视皮层斑块比对照组减少了67%。研究小组还发现，这项技术降低了τ蛋白，这是阿尔茨海默氏病的另一个特征。

阿尔茨海默氏斑往往对海马区产生最早的负面影响，而不是视觉皮层。为了在需要它们的地方引起振荡，MIT的蔡教授和她的同事们正在研究其他技术。例如，40赫兹的声音，似乎会导致海马中淀粉样蛋白的减少。河马体更加靠近听觉皮层所在的颞叶而不是视觉皮层所在的枕叶。

其他人也在试验如何操纵脑电波帮助阿尔茨海默氏症患者。“我们认为MIT的蔡教授的研究很出色，”马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的埃米利亚诺·桑塔内基(Emiliano Santarnecchi)说。他的团队已经在使用TACS来刺激大脑，他想知道它是否会产生比闪光灯更强的效果。“这种刺激比感官刺激更能针对大脑的区域-在看到MIT的蔡教授的结果后，我们应该在阿尔茨海默氏症患者身上试试。”

他的团队已经开始了一项早期的临床试验，在这项试验中，10名老年痴呆症患者每天接受一小时的TACS治疗，为期两周。与蔡教授合作进行的第二项试验将寻找激活的小胶质细胞和τ蛋白水平的信号。预计这两项试验的结果将在年底前完成。

使用神经调节而不是药物治疗神经疾病显然会令人兴奋。科学家说：“有很好的证据表明，通过改变神经回路活动，我们可以改善帕金森症、慢性疼痛、强迫症和抑郁症。”这很重要，他说，因为到目前为止，治疗神经系统疾病的药物治疗缺乏特异性。人们迫切需要创新的、非侵入性的、可快速应用的治疗方法。

大量研究者希望用同样的技术来治疗其他疾病。但还有很多细节需要解决。科学家说：“我们需要弄清楚什么是最有效的、非侵入性的控制大脑不同部位振动的方法。”“也许它使用的是光，但也许它是一个智能枕头或头带，可以用电或声音产生这些电振荡。如果我们可以把神经反馈结合进来会有更好的效果。有一些公司使用脑电图测量脑电波，并以视觉或音频提示的形式获得反馈来控制他们的脑电波。这种方法在治疗一系列疾病方面已经取得了一些成功，包括焦虑、抑郁和注意力缺陷多动障碍。

伊利诺伊州芝加哥西北大学的神经学家Phyllis Zee和她的同事们在健康的老年人睡觉时，向健康的老年人发出了“粉色噪音”的脉冲-这种声音频率合在一起听起来有点像瀑布。他们发现这种方法可以引起典型的深度睡眠中的Delta振荡。深度睡眠与巩固记忆力有关。但是随着年龄的增长，深度睡眠会越来越少。科学家发现他们使用的脉冲刺激增加了delta慢波的振幅。他们在晚上让老人学习新的单词，然后在老人睡觉的时候放脉冲声音。第二天早上测试老人记住的单词数量。他们发现，合适的声音脉冲可以帮助老人提高25-30%的记忆力。她的研究小组正在进行一项临床试验，以确定长期声刺激是否可以帮助轻度认知障碍患者。

这些技术虽然相对安全，但也有局限性。例如，神经反馈很容易学习，但要产生效果需要时间，而且结果往往是短暂的。在使用磁刺激或声刺激的实验中，很难准确地知道大脑的哪个区域受到影响。奈特说：“目前外部脑刺激的范围有点弱。”他说，许多方法都是开环的，这意味着它们不使用EEG跟踪调制的效果。他说，包含反馈的闭环更实用。一些实验，如Zee和那些涉及神经反馈的实验，已经做到了这一点。

利用脑电波治疗神经疾病仿佛处于爆发的前夜。对于MIT的蔡教授来说，这不仅是她的工作，也是她的一个承诺。抚养她长大的祖母患了痴呆症。“她那张迷茫的脸在我的脑海中留下了深深的烙印，”蔡说。“这是我们一生中最大的挑战，我将尽我所能。”

 相关文献

https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(19)30163-1.pdf

https://www.nature.com/articles/d41586-018-02391-6

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