科學家給人腦開外掛！實驗證明，植入神經假體可大幅提升記憶力
一種針對個人大腦活動量身定製的演算法表明，它可以通過電擊提升記憶力。
屏幕上的圖形只出現了一小會兒，只夠這位受試者勉強記住。與此同時，一個電信號從她頭骨周圍穿過，向下途徑一層溫暖的大腦灰質，傳遞到大腦中心附近的一系列電極之上。它們以一種精心控制的脈衝模式，不斷發出電擊。圖形從屏幕上消失了，一分鐘後它重新出現，這一次混在了其他一些抽象圖形當中。患者停頓了一下，認出了原來的圖形，用手指出了它。
這位患者的表現令人刮目相看，倒不是因為她能夠記住之前看到的圖形，而是因為她的記憶力足夠強大。平均而言，在有大腦脈衝信號幫助的情況下，她和另外七名受試者在記憶測試中的表現要比沒有脈衝信號時高出37%——他們也因此成為了地球上第一批通過定製神經假體來提升記憶的人類。
從技術角度來說，這裡討論的大腦增強器正式名稱是「閉環海馬神經假體」。之所以叫做「閉環」是因為，在患者大腦與它所連接的計算機之間，信號幾乎是實時來回傳遞的。而叫「海馬」則是因為，這些信號的起點和終點都位於受試者的海馬體內部。（海馬體是大腦中一個形似海馬、對記憶形成至關重要的腦區。）「我們正在研究，當記憶被編碼、為存儲做準備時，這個腦區的神經元是如何激發的。」維克森林大學浸信會醫學中心的神經科學家羅伯特·漢普森（Robert Hampson）說。他也是上述實驗研究論文的第一作者，論文發表在最新一期的《神經工程學雜誌》上。
通過區分那些與成功編碼記憶有關的模式與不成功的模式，漢普森和同事們開發了一套系統，可以提升受試者在視覺記憶任務中的表現。「我們所能做的就是確定什麼能夠產生正確的模式，什麼會導致錯誤的模式，然後使用微伏級的電刺激來增強正確的模式。通過這種方式，受試者在情景記憶測試中的記憶喚起能力得到了提升。」換句話說，他們通過個性化的電流模式來刺激患者大腦，由此增強了他們的短期記憶。
目前，他們用於驗證概念的假體還置於患者頭部之外，是通過電線跟大腦連接在一起的。但未來，漢普森希望外科醫生能夠把類似的裝置完全植入頭骨之內，就像神經起搏器一樣。它可以增強大腦的各種功能，不僅能用於痴呆患者和腦損傷患者，也能用於健康人。
如果說，未來植入神經假體的可能性讓你感到遙不可及，那麼來看看漢普森已經取得的進步吧。從上世紀80年代開始，他就一直在研究海馬體中的記憶形成。大約20年前，他與南加州大學的神經工程師西奧多·伯格（Theodore Berger）取得聯繫，後者一直在研究如何對海馬體活動進行數學建模。自那以後，兩人一直在合作。在早期研究中，他們通過腦組織切片證明了神經假體的潛力。2011年，他們在活鼠身上完成了實驗。幾年後，他們又在活猴子身上取得了成功。現在，他們終於在人類身上做到了。
「從某種意義上說，神經假體研究已經達到了巔峰。」漢普森說，「但從另一個角度看，這只是開始。人的記憶是非常複雜的過程，我們還有很多東西要學習，我們現在的理解只是皮毛而已。」
為了在人類受試者身上測試自己的系統，研究人員招募了癲癇患者；這些患者的海馬體中已經植入了電極，用以監測與癲癇發作有關的腦電活動。通過借用這些診斷設備，漢普森和同事們得以記錄腦電活動，並在隨後激發這類活動。
研究人員並非隨意電擊受試者的大腦。他們先讓受試者進行上述視覺記憶測試，記錄下受試者海馬體中的活動，然後再據此確定何時、向何區域發出刺激。這是對工作記憶的一種評估——所謂工作記憶，是對信息進行短期儲存的記憶系統，比如我們會用它來記憶某個驗證碼，過幾秒鐘後就會使用。
在整個過程中，電極都在記錄大腦的活動，追蹤患者在答對和答錯時海馬體中的神經激發模式。通過這些模式，伯格和南加州大學的生物醫學工程師宋東（Dong Song，音）一起創建了一個數學模型，它可以預測每個受試者在成功的記憶形成過程中，海馬體神經元是如何激發的。如果你能預測這些活動，就意味著你可以刺激大腦來模擬這種記憶形成方式。
刺激患者的海馬體對長期記憶也能產生類似影響。（長期記憶是指，比如你能記得離開商店時把車停在哪裡。）在另一項測試中，漢普森團隊先是向受試者展示了圖形，30-60分鐘後，再要求他們在一系列圖形中找出之前看到的那張。平均而言，受試者在接受刺激後，記憶表現提高了35%。
這種效果給研究人員帶來了震撼。「對於記憶提升，我們並不感到驚訝，因為我們在初期的動物研究中已經獲得了成功。我們的驚訝之處在於記憶提升的幅度。」漢普森說，「患者進行實驗時，我們已經可以看出，他們的表現變得更好了。但直到我們回去分析了結果之後，我們才意識到，他們有了如此大幅度的提升。」
這項研究成果也引起了其他研究人員的關注。「失去記憶和失去編碼新記憶的能力是毀滅性的。我們之所以是我們，就是因為我們在一生中形成的記憶。」斯坦福大學的精神病學家、神經學家羅伯·馬倫卡（Rob Malenka）表示。他本人沒有參與這項研究。他說，「這種令人興奮的神經修復方法幾近科幻，它擁有巨大的潛在價值。」（此前，馬倫卡對神經假體研究表達過謹慎樂觀的態度，他曾在2015年指出，將這項技術從動物轉化到人類身上將是「一次巨大的飛躍」。）不過，他也表示，保持清醒的頭腦非常重要。「這種方法當然值得孜孜以求，但我認為，要把它變成在大規模患者群體中使用的常規方法，還需要數十年時間。」
不過，如果擁有足夠的支持，那可能會更快變成現實。 Facebook正在研究腦機介面，伊隆·馬斯克（Elon Musk）也在做同樣的事情。伯格曾擔任過一段時間的Kernel首席科學官，這是一家雄心勃勃的神經技術初創公司，由企業家布萊恩·約翰遜（Bryan Johnson）領導。「最初，我對跟Kernel合作抱有很大的期望。」伯格說，「對於這項研究的潛在價值，我們都很興奮，而且約翰遜也願意投錢進來。」
但隨後，兩人的合作終結了，就在Kernel進行首次臨床試驗期間。伯格拒絕透露其中的細節，只是說約翰遜——要麼出於自大，要麼出於無知——想要的進展太快了。（約翰遜拒絕了本文的置評請求。）
但伯格肯定約翰遜的一個地方在於，他願意投入資金來加快神經修復術的研究。為了進行伯格和漢普森希望開展的研究，他們需要更小、更高解析度的感測器，需要新的實驗方法以及前所未有的受試者協議，而這一切都需要時間和金錢才能實現。但是，爭取研究經費的難度很大，即便是向美國國防部高級研究計劃局（DARPA）這樣的機構爭取，也是如此。伯格和漢普森的研究主要是由DARPA的「修復主動記憶」項目提供資助。
但你知道誰有錢嗎？科技行業啊。所以，當我問伯格是否考慮過將來跟矽谷企業家合作時，他絲毫沒有遲疑。
「當然。」他說，「我很期待。」
翻譯：何無魚
校對：其奇
編輯：穎仔
來源：WIRED
造就：劇院式的線下演講平台，發現最有創造力的思想
TAG:造就 |