Nat Neurosci:老脑回春!科学家揭秘为何老了记不住事儿,无创神经刺激可使七旬老者工作记忆能力等同二十岁青年

2019-05-03 奇点糕 奇点网

近日《自然·神经科学》发表了一篇来自波士顿大学科学家的论文。研究者们发现,老年人之所以工作记忆不如年轻人,是大脑区域之间“断连”了,利用无创、极低电流的经颅电刺激(tACS)可以重新同步神经元活动,恢复老年受试者工作记忆能力的准确性!

近日《自然·神经科学》发表了一篇来自波士顿大学科学家的论文。研究者们发现,老年人之所以工作记忆不如年轻人,是大脑区域之间“断连”了,利用无创、极低电流的经颅电刺激(tACS)可以重新同步神经元活动,恢复老年受试者工作记忆能力的准确性!

比较令人激动的是,这个刺激程序只要进行25分钟,就能够让六七十岁的受试者工作记忆能力等同于二十来岁的对照受试者,效果至少能持续50分钟,同时对那些“记性不太行”的年轻人也有效果。

记性差年轻人举双手双脚点赞啊~


试验现场(图源波士顿大学)

想必到这里,会有读者提出疑问,从标题到开头,你说的那个“工作记忆”到底是个啥,上班时候的记忆吗?(哈哈哈上班的记忆消失了有什么奇怪的)

是这样的,记忆实际上是个比较复杂的过程,为了研究起来方便,科学家们把它分成三个部分,感官记忆、工作记忆和长期记忆。

所谓感官记忆就是我们感受到的声、光、温度等等外界的信息,可以看作是信息的“输入”;工作记忆则负责把这些信息短暂保存一下,做一个初步的处理,可以看作是信息的“筛选和分析”;长期记忆则是把上一步处理好的信息长久地保存起来,以便以后要用的时候再调出来。

工作记忆很短暂,一般认为只有几秒,能存储的信息也很有限,所以也被叫做短期记忆。工作记忆对于推理、决策和行为等生理过程是十分重要的,同时它也是对衰老最敏感的认知功能之一,被认为是各种年龄有关的认知缺陷的核心[3]。

举个例子,当你听到一串需要记下来的电话号码,在找到纸把它们写下来之前,体验到的就是工作记忆了。(过目不忘的陈独秀先坐下)


(图源:nature.com)

为了搞清楚工作记忆到底是怎么逐渐不行的,科学家们也提出了一大堆可能的理论,比如认知科学角度的衰变理论、干扰理论,生理学角度的脑灰质退化、脑血流量降低、神经递质变化等等。

近年也有些科学家提出新看法:大脑是作为一个整体工作的嘛,是不是各个部分之间工作没衔接好呢?

咱们都知道,神经元活动实际上就是电位的活动。从宏观上看,大脑活动就表现为具有一定规律的神经振荡。所谓学习的α波、提升注意力的β波,就是脱胎于不同频率的神经振荡。当前的神经科学理论则认为,不同频率/相位的神经振荡同步,应当是认知过程中神经交互作用的一个指标[4,5]。

好了,那咱们就用脑电图(EEG)来测一测,到底在老人和年轻人的大脑中,有啥不一样?

试验里包括了42名20-27岁的年轻人,和42名60-76岁的老年人。研究者给他们做了一系列工作记忆能力的测试,同时也用脑电图监测他们大脑的活动。

果不其然,无论是给出答案的速度还是结果的准确性,老年人都远远比不上年轻人;而他们大脑活动的区别,就在左侧颞叶里(差不多左边耳朵周围)。

研究者发现,年轻人的左侧颞叶存在一组特殊的神经交互,但是老年人脑中却没有!学术命名呢,它叫θ-γ相位振幅耦合(θ-γPAC),概念解释起来有点复杂,咱们知道θ-γPAC是组特别的脑电波就行了。

这组波来源于左侧颞叶和前额叶神经元之间的相互作用。研究者还发现,在年轻人当中,也是θ-γPAC较强的人工作记忆能力更好一些。


工作记忆能力测试方法示例

说实话记不住事儿要是因为神经元死光光了,那咱们也就甭挣扎了,可现在看起来不过是两个脑区“信号不好”,怎么着也得想想办法啊!

临床上能够刺激神经元活动的技术还是蛮有几个的,这次研究者选的叫做高清经颅电刺激(HD-tACS),比起普通的tACS要更精确一些。这个技术的优点在于无创,不需要植入电极,研究者选的1.6mA电流很小,使用的时候几乎也没啥感觉。

好的,开“电”吧!

效果真的是出奇的好~研究者给老年受试者做了25分钟的HD-tACS,成功恢复了脑内的θ-γPAC。刺激期间,老人们做测试的准确性简直和年轻人们一样一样的。刺激结束之后,研究者还额外又做了二十次测试,这个“返老还童”特效在50分钟里都是一直持续着的~

而且HD-tACS见效很快,看看实际的实验数据,在第12分钟的时候已经能够看到效果的提升了!


时间点2(第8-12分钟)已经可以看到准确率的提升

这个研究一出来,外国媒体真是老激动了,相关领域的科学家们也都很兴奋。毕竟这项研究说明,年龄带来的工作记忆损伤可能很大程度归因于神经元的同步失败,而这是可以通过非药物手段来恢复的。

不过咱们还是先冷静一点点。

墨尔本大学的神经科学家Jared Cooney Horvath提出,研究里进行的记忆测试,虽然结果表现出了统计学意义,但是实际能否具有临床或者真实世界意义还不好说。

这个研究走向使用也要跨越一些障碍,比如它还需要更多重复性试验验证,必须得确认是否对其他的认知功能没有损害,这种提升到底能持续多久,是不是还有更好的刺激模式等等。总之还是有点距离的。

最重要的是,千万不要在家自己电自己啊!研究者在试验中用的电刺激频率是根据患者自身定制的,统一频率没有用的噢~而且反向干扰θ-γPAC还能够降低工作记忆能力,可别把自己电傻咯~

NN自家评论的这张原理图还是挺清晰的,不知道插哪就放这吧

原始出处:Robert M. G. Reinhart, John A. Nguyen. Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits. Nat Neurosci. 08 April 2019 

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