在大腦中植入電極並在適當時候進行刺激，可增強記憶力

失憶是件可怕的事情，怎樣將失憶人群的記憶找回來成了科學家們研究的熱點。

我們大腦中的海馬體是承載記憶的重要部位，一旦這裡受到損傷，就會導致記憶缺失，這樣的人群包括癲癇病患者、痴呆、腦損傷及其他病症患者。

深度腦刺激（DBS）是一種用來治療癲癇的手段，已經在國內外開展多年。就是在人大腦中植入一個微型電腦晶元刺激相關大腦區域來達到治療癲癇的目的。

驚喜的是賓夕法尼亞大學的一個研究小組發現在大腦中植入電極，然後在恰當的時機發出脈衝，可提高部分人的記憶能力。這種類似「起搏器」的方法或許有助於緩解痴呆、腦損傷及其他病症。

這項研究由美國防高級研究計劃局（DARPA）資助，是「恢復主動記憶」（RAM）項目的一部分，旨在研發一種恢復大腦記憶功能的新技術。

往大腦中植入電極進行刺激並不是新鮮做法，早在 2008 年， 加拿大科學家研究發現，為治療肥胖將一根電極植入肥胖者腦部後，無意中改善了該患者的記憶能力。

這項研究的實驗對象是一名體重達到 190 公斤的 50 歲肥胖患者， 醫生選擇將電極植入大腦視丘下部（hypothalamus），因為之前的動物實驗表明，刺激動物大腦的這一區域能影響它們想要進食的量。

令醫生們吃驚的是，當手術中進行大腦刺激時，患者宣稱有強烈的「似曾相識」（déjà vu）的感覺。

患者回憶起了一個愉快的經歷，即 30 年前與朋友們在公園裡相聚。加強電極中的電流，患者能回憶起更多的細節。

術前和術後進行的一系列神經心理學測試表明，患者的總體智力水平並沒有明顯變化。

但當電極接通時，患者進行複雜記憶（包括解釋、記憶成對的詞語等）的能力得到了顯著的提高。

研究人員認為這種特定類型記憶力的改善與大腦海馬區有關。他們檢測了患者的腦電圖，結果發現電流刺激激活了海馬區周圍的區域。

研究人員猜測，電極一定是無意中刺激了大腦中稱為穹隆（fornix）的一束神經細胞，這些神經細胞經過視丘下部通向海馬區。

後來，到了 2015 年，美國兩支研究小組正在測試大腦植入電極對癲癇患者進行電刺激，結果顯示電刺激有助於提高患者的記憶能力。

來自美國南加州大學和賓夕法尼亞大學的研究小組開始對癲癇患者測試這項技術，該研究聚焦于海馬體，一個與記憶形成相關的海馬狀大腦部分。

海馬體能夠收集感覺信息，之後轉變成為短期記憶，大概在 15-30 秒之間，海馬體也可以形成更持續的記憶，但前提是海馬體存儲記憶內容被訪問。

通常記憶缺陷患者主要是海馬體受損，美國大腦植入專家特德.伯吉爾（Ted Berger）帶領一支研究小組對海馬體兩個特殊區域頗感興趣，它們分別叫做 CA3 和 CA1。

研究小組認為電信號從 CA3 傳輸至 CA1對於記憶的形成尤為重要，因此它們試著再創造一個類似的信號，目的是恢復海馬體的功能。

為了做到這一點，研究人員監控 12 位癲癇患者大腦，並進行記憶訓練，其中包括：記憶圖像觀察 CA3 和 CA1 如何發生交互反應。

最終他們研製了一個數學模型，能夠預測激活 CA1 的 CA3 信號模型，預測的正確率達到 80%。

研究小組認為，大腦植入電極提供的電刺激類似於關鍵的 CA3 信號，能夠提高海馬體損傷患者的記憶能力。

來自美國賓夕法尼亞大學的研究人員也進行大腦植入電極實驗，但是操作方法略有不同。

他們的目的區域不是大腦海馬體，而是將電極植入接近海馬體的內側顳葉，通過電刺激該區域提高患者的記憶能力，使他們儘力回想缺失的記憶，然而，實驗證實這種方法對於健康人群不利，會損傷他們的記憶能力。

在這項研究中，研究小組監控了 28 位癲癇患者的大腦活動，期間讓他們完成記憶測試任務，之後研究人員建立了一種演算法，能夠分析大腦信號預測哪一位參與者可能忘記傳遞的信息內容。

該研究小組稱，在患者很可能忘記記憶內容時激活電極，將有效提升記憶能力 140%。

但是之前的研究都有缺陷，就是實驗結果並不穩定，有的似乎提高了記憶力，有的反而使記憶力下降。

這是怎麼回事呢？這項新研究找出了根源所在。研究團隊發現，用電極刺激的時機是關鍵：在記憶區工作狀態較差時進行刺激，會增強大腦對新信息的編碼能力。

但在其工作狀態良好時進行刺激，反而會對記憶過程造成損害。因此，研究人員選擇大腦工作狀態較低時進行刺激，從而使大腦進入較高的工作狀態。

為了更好的驗證這個結論，科學家們對癲癇病人展開了長達數十年的研究。醫生們將電極安置進患者頭骨頂部，許多電極位於或臨近記憶區，然後等待癲癇發作，這個過程有點像釣魚。

但是這條「魚」並不容易上鉤，一般要等待數周。有 20 位來自美國艾莫利大學、華盛頓大學、梅約診所及加州大學舊金山分校的專家合作對 150 名患者進行信息採集。

在系列實驗中，研究人員讓病人記憶單詞，經過休息後，讓他們回憶儘可能多的單詞。在此過程，科學家們將監視大腦中的一些「熱點」。

以前的研究表明，這些熱點與記憶編碼密切相關。在刺激試驗前，研究團隊確定了每名病人大腦高、低工作狀態時的確切設置。

每名試驗者反覆進行單詞記憶測試，每次使用不同的單詞。一些單詞使用大腦刺激來記憶，一些單詞不進行刺激。

統計結果表明，在低工作狀態時進行刺激，相比平常的得分平均提升約 12%~13%，但在高工作狀態時進行刺激，得分平均下降約 15%~20%。

這是一項十分重要的發現，不過目前還無法廣泛應用。還需要大量測試，不過它為科學家們提供了一個「閉環認知刺激」藍圖：植入電極既時刻監視記憶區的工作狀態，又僅在需要時的微秒間釋放脈衝。

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