
通过利用电刺激和过往存储其他记忆的神经模式,研究人员发现了增强人脑储存新记忆的方法。
如果上面的话没有“正确”地储存在你的记忆里,我们换一种说法:科学家们现在有能力运用电脉冲来提高人脑储存新信息的能力。
该报告上周发表在《神经工程杂志》(Journal of Neural Engineering)上,是第一篇揭秘人类海马区中与特定个人记忆相关的神经编码的文章,威克森林浸信医学中心的教授 Robert Hampson说道,他是这篇文章的作者之一。这项研究有朝一日可能成为促成填补记忆缺失的“大脑修复术”得以实现的众多方法之一。
尽管操纵一个特定的记忆听起来复杂,但实际上有简便的方法去做这件事。再怎么说,大脑中的神经元都是通过电脉冲来相互交流的。大脑的通讯系统也就可能被一些人工生成的电信号“黑掉”,比如输入莫尔斯电码。
在这篇新报告中,研究具有高度目标性。他们专门研究情景记忆:这种记忆信息是短时间内新形成的有用信息,比如你在哪停的车,或你把钥匙放哪了。Hampson说:“情景记忆非常敏感且容易被破坏”
这项研究开展如下:14名志愿者将电极植入脑中,执行一项类似于情景记忆的记忆任务。在这一过程中,研究人员会记录志愿者大脑海马区中与储存记忆相关的电活动模式。(为进行癫痫治疗,志愿者们已经事先将电极植入了大脑。)
我们一次可以获得任何位置10到60个神经元的同步记录,Hampson说,更让人惊奇的是,即使一个人的记忆有损坏,我们也能够识别显示正确记忆形成时的神经放电模式。
然后,利用由洛杉矶南加利福尼亚大学生物工程师Theodore Berger和Dong Song开发的多输入多输出非线性数学模型,研究人员破解了这些神经放电模式并合成了用于正确记忆存储的编码。Berger的团队以前使用该模型破解过动物的记忆。
有了神经编码之后,研究团队就能人工重现它。志愿者被要求执行一项记忆任务,当他们做这些任务的时候,研究人员用量身定制的精确模式为每个志愿者接入电脉冲,并将电脉冲作用于海马区的目标区域,从而影响那些神经回路的放电模式。
换句话说:他们记录了与储存特定信息相关的大脑活动,构建数学模型并破解这些活动过程,然后把编码输回大脑中使得现有的记忆得到增强。
据报告称,随着电脉冲的增强,志愿者的记忆力提高了35%。这种提升效果在经历过严重失忆的患者身上更加显著。在那些本来记忆就很好的志愿者身上,效果并不明显,Hampson 说道。
成功的关键:微电极,它被设计用于记录单个神经元的活动。将其与Berger用于编码记忆模式的数学模型结合起来,使该项目得以实现,Hampson说。
该研究由美国国防部的研究机构DARPA(美国国防高级研究计划局)提供资金支持,这是其恢复活跃记忆(Restoring Active Memory)或称RAM项目的一部分。国防机构通过该项目激励神经科学家们去开发一种可植入装置,意在减轻患有创伤性脑损伤的老兵们的记忆损失。
在今年二月,另一个RAM项目获奖者、宾夕法尼亚大学的Michael Kahana报告了另一项关于记忆修复术的研究进展。他的团队确定了发出预示记忆衰退信号时的脑部状态,并设计了一种促进记忆良好时脑部状态的刺激信号。他的团队先前发现,电刺激恰恰应在记忆衰退时给予,而不是在记忆良好时。
本文作者:Emily Waltz
(翻译:朱雅文 审校:吴然然)