當(dāng)研發(fā)出假肢，讓截肢的患者能夠重新走路的時(shí)候，同樣的科技就能用來(lái)為健康人進(jìn)化升級(jí)，如果能夠發(fā)現(xiàn)防止記憶力衰退的方法，同樣的方法也能用來(lái)為年輕人增強(qiáng)記憶力，治愈與進(jìn)化之間并沒(méi)有明確的界限，醫(yī)學(xué)一開始幾乎總是要拯救那些低于正常下限的人，但同樣的工具和知識(shí)也能用來(lái)超越正常的上限。

《未來(lái)簡(jiǎn)史》尤瓦爾赫拉利

數(shù)十年來(lái)，醫(yī)學(xué)與神經(jīng)科學(xué)在精神類疾病治療上取得了很多突破性進(jìn)展，比如說(shuō)：用有創(chuàng)的DBS/深部腦刺激技術(shù)取代病灶切除手術(shù)來(lái)治療癲癇，用無(wú)創(chuàng)的TMS/經(jīng)顱磁刺激技術(shù)和tDCS/經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)，通過(guò)刺激大腦皮層來(lái)緩解抑郁癥和精神分裂癥患者的病情，反過(guò)來(lái)，臨床上用于治病的技術(shù)，也可能被科學(xué)家搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，用于研究如何增強(qiáng)正常大腦的功能。

近年來(lái)，類似的研究屢見(jiàn)報(bào)端，例如：2014年美國(guó)Newsweek曾報(bào)道：Northwest大學(xué)研究人員用TMS增強(qiáng)正常人的記憶功能。2006年印度DNA（DailyNews&Analysis）曾報(bào)道：德國(guó)Lubeck大學(xué)研究人員通過(guò)電刺激使正常人增強(qiáng)記憶。同年新華社也對(duì)做了相關(guān)報(bào)道：科普：睡眠時(shí)刺激大腦可能提高記憶力。

我的上一篇文章提到，1924年兩位美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)睡眠能有效地減緩遺忘。經(jīng)過(guò)多年的研究，科學(xué)家逐步將睡眠的抗遺忘功能與睡眠早期的慢波睡眠聯(lián)系在一起，研究發(fā)現(xiàn)清醒時(shí)存儲(chǔ)在海馬內(nèi)的短期記憶，在慢波睡眠中會(huì)逐步向長(zhǎng)期記憶存儲(chǔ)中心-新皮層轉(zhuǎn)移，而睡眠當(dāng)中新皮層-丘腦-海馬的“交流對(duì)話”，即slowoscillation-spindle-sharpwaveripple同步振蕩為此提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

本文便以2006年德國(guó)Lubeck大學(xué)的科學(xué)家在國(guó)際頂級(jí)期刊nature發(fā)布了一篇了文章：睡眠中調(diào)節(jié)慢波振蕩增強(qiáng)記憶為例，闡述睡眠中增強(qiáng)記憶鞏固的方法。

Question

先前的研究中作者發(fā)現(xiàn)，在大腦皮層施加微弱的delta直流電流刺激，能增強(qiáng)皮層的腦電振蕩，而在慢波睡眠中，新皮層的慢波振蕩以“從上到下”的方式驅(qū)動(dòng)丘腦和海馬同步活動(dòng)，促進(jìn)短期記憶向長(zhǎng)期記憶不斷轉(zhuǎn)化。能否通過(guò)低頻電刺激的方式，改變新皮層的慢波振蕩，進(jìn)而增強(qiáng)陳述性記憶鞏固呢？

Part1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

慢波睡眠中新皮層的慢波振蕩頻率為0.5-4Hz（delta波），主頻率為0.7-0.8Hz，在學(xué)習(xí)后的慢波睡眠中，通過(guò)微弱電流刺激前額葉新皮層，改變新皮層的慢波振蕩，探究慢波振蕩改變與記憶鞏固之間的聯(lián)系。

Part2實(shí)驗(yàn)流程

醫(yī)學(xué)生因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)中需要記憶很多知識(shí)的緣故，通常都有著出色的記憶能力，因此研究人員招募了一批醫(yī)學(xué)生作為被試。實(shí)驗(yàn)分為刺激組和非刺激組，在研究人員的引導(dǎo)下，被試帶上電極帽，睡前完成單詞記憶任務(wù)（能用語(yǔ)言表達(dá)的）和程序性記憶任務(wù)（說(shuō)不出但會(huì)做的），進(jìn)入睡眠后第一個(gè)睡眠周期的慢波睡眠階段，刺激組接受微弱的0.75Hz電流刺激（人體完全感受不到），而非刺激組則只帶電極帽不施加電流刺激。早上被喚醒后，被試接受記憶提取測(cè)試，評(píng)價(jià)記憶結(jié)果。

Part3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

陳述性記憶任務(wù)中，刺激組與非刺激組在睡眠覺(jué)醒后記憶單詞數(shù)均增多，但刺激組表現(xiàn)更好（4.77>2.08），而程序性記憶任務(wù)中，兩組被試沒(méi)有表現(xiàn)出顯著性差別。

與非電刺激組相比，電刺激組在電刺激之后的1小時(shí)內(nèi)，睡眠結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，慢波睡眠和REM睡眠均顯著增多，而淺睡眠減少。

功率譜分析顯示：0.5-1Hz的慢波、8-12Hz的慢spindle能量均有不同程度提高，12-15Hz的快spindle能量則沒(méi)有提升。

Part4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1.新皮層delta電刺激有效提升了海馬依賴性的陳述性記憶，而與REM睡眠有關(guān)的程序性記憶，因其鞏固不在慢波睡眠階段進(jìn)行，因此鞏固沒(méi)有得到增強(qiáng)。

2.新皮層delta電刺激有效增強(qiáng)了新皮層的慢波振蕩，改變睡眠結(jié)構(gòu)使慢波睡眠增多，加強(qiáng)了“新皮層-丘腦-海馬”之間的交流對(duì)話，為慢波睡眠促進(jìn)記憶鞏固提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3.慢波睡眠中新皮層的慢波振蕩增強(qiáng)，會(huì)引發(fā)源自丘腦的spindle振蕩也隨之增強(qiáng)，致使海馬內(nèi)存儲(chǔ)的短期記憶向皮層存儲(chǔ)的長(zhǎng)期記憶轉(zhuǎn)化增強(qiáng)，這為slowoscillation-spindle同步振蕩增強(qiáng)記憶鞏固提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

而清醒和REM睡眠時(shí)新皮層振蕩頻率為4-8Hz（theta波），主頻率為5Hz，能否通過(guò)theta電刺激改變慢波睡眠中新皮層的慢波振蕩和REM睡眠中新皮層的theta振蕩，進(jìn)而增強(qiáng)記憶鞏固呢？

2011年該研究團(tuán)隊(duì)又發(fā)表了另一篇文章，睡眠中theta電刺激抑制了記憶鞏固。

在被試學(xué)習(xí)后的睡眠中，早期慢波睡眠和睡眠后期REM睡眠階段，用5Hz的微弱電流刺激前額葉皮層，研究theta刺激對(duì)慢波睡眠和REM睡眠的影響。

陳述性記憶任務(wù)中，刺激組與非刺激組在睡眠覺(jué)醒后記憶單詞數(shù)均增多，但刺激組表現(xiàn)更差（2.80<5.16），而程序性記憶任務(wù)中，兩組被試沒(méi)有表現(xiàn)出顯著性差別。

在慢波睡眠中，theta電刺激導(dǎo)致刺激當(dāng)時(shí)睡眠結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變，慢波睡眠顯著減少，而淺睡眠顯著增多。電刺激之后的1小時(shí)內(nèi)，慢波睡眠和淺睡眠結(jié)構(gòu)逐步恢復(fù)到正常。

功率譜分析顯示：受theta電刺激影響，slowoscillation和慢spindle能量均發(fā)生不同程度降低，而停止刺激之后的1小時(shí)內(nèi)，慢波和慢spindle能量先代償性升高，再逐漸恢復(fù)到正常水平。

功率譜分析顯示：REM睡眠中theta電刺激誘發(fā)gamma頻段的能量提升，這與學(xué)習(xí)過(guò)程中新皮層theta-gamma耦合現(xiàn)象一致。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

慢波睡眠中theta電刺激顯著抑制了新皮層的慢波振蕩，使海馬依賴性的陳述性記憶鞏固變差，REM睡眠中theta電刺激對(duì)程序性記憶沒(méi)有顯著影響。

文章小結(jié)

在慢波睡眠中用tDCS在新皮層施加低頻電刺激，能增強(qiáng)新皮層slowoscillation，增強(qiáng)陳述性記憶鞏固，而theta電刺激，會(huì)削弱新皮層slowoscillation，抑制陳述性記憶鞏固。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多研究團(tuán)隊(duì)都在積極研發(fā)研tDCS設(shè)備，由波音和通用公司共同持股的HRLLaboratories和美國(guó)加州Thync公司都曾研發(fā)出商用可穿戴tDCS設(shè)備，但略顯遺憾的是，因其使用安全可靠性未能得到廣泛驗(yàn)證，目前國(guó)內(nèi)外tDCS設(shè)備均未能通過(guò)醫(yī)療認(rèn)證，而個(gè)人DIYtDCS設(shè)備和商用tDCS設(shè)備也常因使用不當(dāng)，造成使用者皮膚燒傷、暫時(shí)性視力喪失等安全問(wèn)題，因此需要謹(jǐn)慎對(duì)待。

寫在最后

人類腦計(jì)劃的終極使命“認(rèn)識(shí)腦-保護(hù)腦-創(chuàng)造腦”，經(jīng)過(guò)一代代科學(xué)家的努力，正在一步步變成現(xiàn)實(shí)，神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，使我們能進(jìn)一步窺探大腦深邃的奧秘。