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近日，波士顿大学的研究人员发现，连续四天每天对大脑进行20分钟的微弱电流刺激，可以逆转因衰老而造成的短期及长期记忆的衰退。令人惊喜的是，即使在电刺激停止后，这种影响仍然持续存在。当研究人员在一个月后对受试者再次进行测试时，发现大脑依然保留了许多因之前的电刺激所带来的功能改善。这一研究成果于近日发表在《自然》杂志的子刊《自然-神经科学》上。
波士顿大学的心理学研究员，同时也是本文的通讯作者Robert Reinhart博士解释说：“通过使用特定频率的交流电精确刺激大脑的区域，我们可以分别改善短期或长期记忆。经过连续4天的干预，我们改变了记忆能力，并观察到这4天所带来的益处积累，这些发现尤为惊人。”
该研究发现为经颅交流电刺激（TACS）技术的应用提供了有力支撑。然而，在TACS成为一种成熟的疗法之前仍面临着许多障碍，需要在更长的时间周期内进行更大规模的研究，以证明它的安全性；此外，还需要充分了解TACS效果的持久性，检验在这项研究中所观察到的受试者词汇记忆能力的提升是否能转化为现实世界中的益处。
不同于那些需要通过手术来安装芯片和植入物的侵入性脑部刺激方式，TACS只需要戴上一个镶有几十个电极的改良型“泳帽”。这项技术源自对整个大脑中广泛串联的神经元网络如何通过脑电波来形成、存储和检索记忆的研究。大脑的不同部分以不同的频率进行着脉冲和振荡，在过去20年间，已经有许多神经生物学家发现，使这些振荡在大脑各区域同步（类似于管弦乐队在演出前的调音）是将信息从一个区域转移到另一个区域的关键环节——这是记忆形成的基本要素。但研究人员发现，随着年龄的增长，大脑中这些振荡往往会减慢，使得大脑中各个区域的振荡节奏不同步。虽然在物理上仍有联系，但在功能上，大脑回路变得互不相干。其结果是人们更难记住刚认识的人的名字（短期记忆），或是回忆起最后放置钥匙的位置（长期记忆）。研究人员希望利用TACS技术将这些振荡恢复到正确的速度，以便大脑中广泛的功能区域能够再次相互联通。
图片来源：123RF
早在2019年，Reinhart博士及合作者便已经证明TACS可以提高老年人的记忆力，但这一效果只持续了大约50分钟，而且原本的试验设计仅仅是用慢频θ波来改善短期记忆。在这篇新发表研究中，他们旨在通过对大脑中的两个不同位置施加两种不同类型的电流，以此来改善短期和长期记忆。
研究者们测试了120名老年人（65至88岁）的短期记忆能力。受试者们以每秒一个单词的速度阅读一份20个单词的清单，然后被要求尽可能多地回忆这些单词。研究者用五种不同的单词列表一共进行了五次测试，每次测试的时间约为20分钟。之后，受试者被分为三组，其中一组作为对照组接受了假刺激——受试者们戴着帽子，但没有电流流过；另外两组则接受针对前额叶皮层的高频电刺激，或集中在大脑更远端区域的低频电刺激。研究结果表明，接受较低频率（4赫兹）刺激的受试者能够更好地回忆起列表末尾的单词，这表明短期记忆的存储得到了增强。接受较高频率（60赫兹）刺激的受试者能更好地记住列表开头的单词，这反映了电刺激对长期记忆的提升。总的来说，与对照组相比，接受电刺激的受试者多记住了4到6个单词，短期记忆力提高了50%到65%。
当这些受试者在一个月后进行另一轮测试时，这些记忆力的改善仍然显著——与对照组相比，试验组成员多记住了3到4个单词。值得注意的是，在这项研究中，这些受试者在试验前的记忆力越差，TACS对其的改善效果越显著。“这些发现提示我们，可以将这种干预措施应用到患有更严重记忆障碍的阿尔茨海默病患者的临床研究中。”Reinhart博士在接受STATNews的采访时说道，显然，他十分看好这些研究的临床应用前景。
这项研究工作十分引人瞩目，因为它证明了仅通过调整不同区域的大脑频率就有可能治疗不同种类的记忆缺陷。比如说，帕金森病患者大多有着短期记忆障碍，而患有内侧颞叶癫痫的人则有长期记忆的问题。无论这项研究发现是否有一天能成功转化为实际应用，它都为神经科学最持久的争论之一增添了令人信服的新证据。
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大脑是否只有一个系统用来制造和保存记忆，还是有两个不同的系统——一个是短期记忆系统，一个是长期记忆系统？这个基础性的问题已经困扰了神经科学领域一个多世纪了。来自心理学研究的行为数据以及80-90年代在非人灵长类动物模型上所进行的实验结果，长期以来一直支持着后一种观点。但随着越来越多研究证据的积累，记忆的双系统模型受到了质疑。Reinhart博士的这项工作为记忆的双系统模型提供了支持。“我们的研究结果表明，我们能够分别操纵短期记忆和长期记忆功能，”该研究的第一作者Shrey Grover博士解释道，“因此，这些结果似乎确实支持了这种记忆‘双库’现象。”
尽管与记忆相关的研究领域中最基本的问题仍未得到解决，但近年来，脑刺激已经开始蓬勃发展。研究人员已经开始探究不同形式的精确电脉冲如何被用来治疗神经及精神疾病，包括成瘾、抑郁症、癫痫、帕金森病等等。据了解，Reinhart博士的团队计划下一步将他们的电刺激方法应用于精神分裂症、阿尔茨海默病和强迫症患者，并尝试看看是否找到一个合适的刺激频率，在正确的时机和脑区加以应用来帮助解决与这些疾病相关的认知缺陷。
目前，这项研究结果仍然完全限定在科学研究范围内，作者表示目前没有计划将这一工作商业化——这很可能需要重新设计复杂的、带电极的泳帽装置，同时兼顾时尚美观和使用的便捷性。在将这项研究转化为实际应用之前还有很多工作要做，来证明电刺激有朝一日可以像酒精、咖啡因和褪黑激素等物质一样，在人们如今的日常生活中发挥作用。
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