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电极对脑部的刺激可提高患者记忆力

文章作者:科技中心 上传时间:2020-03-05

在此次芝加哥会议上展示的一项研究中,研究人员让12名癫痫患者观看图片,然后在90秒后回忆他们曾见过哪些。当参与者做此事时,研究人员记录下CA3和CA1的放电模式。随后,他们开发出一种可利用CA1细胞活动预测CA3放电模式的算法。同实际模型相比较,他们的预测准确率在80%左右。

宾夕法尼亚大学心理学家迈克尔·卡纳说,研究小组已经记录了约80人的大脑活动,并正就使用一种更精确的电极阵列寻求监管部门的批准。

由于通过手术将设备植入脑中存在相关风险,两个团队正在研究已经植入电极的癫痫患者。研究人员能利用这些电极记录脑部活动,并刺激特定的神经元区域。南加州大学生物工程师Theodore Berger表示,尽管最终目标是治疗创伤性脑损伤,但这些人可能同样受益。这是因为反复癫痫会摧毁形成长期记忆所需的脑组织。

波士顿大学的神经生物学家霍华德·艾肯鲍姆提醒说,如果CA1细胞受损严重,有可能无法对刺激作出正常反应;另外,海马体非常复杂,接收的讯息很多,仅用CA3信号刺激可能还不够。

通过模拟创建和储存记忆的脑电模式,研究人员发现,脑损伤引发的空白能被弥合。这些成果燃起了人们的希望:自动增强逐渐衰退记忆的“神经假体”不仅能帮助脑部受伤的士兵,还能帮助中风病人,甚至是那些通过正常衰老而丧失了一些回忆能力的人。

而宾夕法尼亚大学神经科学家丹尼尔·里祖托的小组则采取了不同的方法。他们发现,刺激癫痫患者的内侧颞叶,有助改善受损的记忆,但如果记忆力正常,刺激却会产生反作用。该小组也开发了一种算法,能以较高的精准度预测一个人能否记住一个给定的词。当参与实验的癫痫患者在朗读那些有可能被遗忘的单词时,对他们施以脑部刺激,可将他们的记忆力提高140%。

在他们于芝加哥会议上展示的一项研究中,Penn神经科学家Daniel Rizzuto和同事在28个人回忆一连串单词时记录了他们的大脑活动。利用这些模式,研究人员开发出一种能高精度预测一个人是否记住某个给定单词的算法。通过只在一个人阅读有可能被忘记的单词时刺激大脑,研究人员能将其表现提高140%。

据《自然》网站11月3日报道,短期记忆转化为长期记忆的关键,是海马体CA3区的信号能够传递到CA1区。南加州大学生物工程师西奥多·伯格的研究小组开发了一种算法,能够让植入电极模仿CA3信号刺激CA1细胞,正确率可达80%。猴子实验证明,该方法提高记忆力效果良好。他们还在一位女性癫痫患者身上进行了测试,但目前要判断她的记忆力是否有所改善还为时尚早。未来几个月中,他们还计划进行更多的人体测试,希望最终开发出一种设备,能检测出海马体将短期记忆编码为长期记忆的功能何时失效,并提供刺激以支持这一转化过程。

日本理化研究所脑科学研究所神经学家Thomas McHugh表示,他追踪上述研究团队的工作已有数年,并且一直对这种方法在动物模型中表现如何感到惊奇。“数据很有说服力,但在理解上仍存在困惑。”大脑的很多部分是以很明显的方式被组织起来的:比如,在运动皮层,刺激某个位置会引发身体特定部分的运动。不过,在海马中并未有如此明显的组织,因此为何刺激特定位置能带来可预测的结果尚不明确。

由美国国防部高级研究计划局资助的两个小组分别开展的人体测试表明,通过植入电极提供脑部刺激,模仿创建和储存记忆的脑电模式,可以提高患者的记忆力。该研究成果有望用于研制能自动增强衰退记忆力的“神经假体”,从而帮助那些脑部受伤的士兵或者因中风及其他原因而记忆力受损的人。

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宾夕法尼亚大学的一个团队正在采用不同的方法增强记忆。该团队利用了取决于诸如消耗了多少咖啡因或是否处于压力中等变量,人们的记忆技能会随着时间波动的事实。他们也通过在癫痫患者身上进行研究发现,刺激一个被称为内侧颞叶的区域,能改善功能不佳的记忆。海马即位于内侧颞叶。不过,当记忆正常运转时,这种刺激会妨碍它。

Penn心理学家Michael Kahana介绍说,该团队记录了总共约80人的大脑活动,并且正在寻求使用更加精确的电极阵列的监管审批。

当在密闭空间中接触爆炸时,军队服役人员会遭受脑损伤和记忆丧失,即使他们未受到明显的身体损伤。图片来源:Eros Hoagland/Redux/eyevine

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