科学家尝试在睡眠中通过深脑刺激增强记忆力

科学家尝试在睡眠中通过深脑刺激增强记忆力这项研究于6月1日发表在《自然-神经科学》杂志上，研究报告的共同作者伊扎克-弗里德（ItzhakFried）博士说，这项研究可以为睡眠期间的深层大脑刺激有朝一日能够帮助像阿尔茨海默氏症这样的记忆障碍患者提供新的线索。这是通过一个新颖的"闭环"系统实现的，该系统在一个大脑区域提供电脉冲，与另一个区域记录的大脑活动精确同步。根据关于大脑如何在闭目养神期间将新信息转化为长期记忆的主流理论，海马体--大脑的记忆中心--和大脑皮层之间存在着一夜的对话，而大脑皮层与推理和计划等高级大脑功能有关。这发生在深度睡眠阶段，此时脑电波发生得特别缓慢，整个大脑区域的神经元在快速同步发射和沉默之间交替进行。"这提供了第一个重要的证据，细化到单个神经元的水平，证明记忆中枢和整个大脑皮层之间确实存在这种互动机制，"加州大学洛杉矶分校健康中心的癫痫手术主任、加州大学洛杉矶分校大卫-格芬医学院的神经外科、精神病学和生物行为科学教授弗莱德说。"在了解人类的记忆如何运作方面，它既有科学价值，又能利用这种知识真正提高记忆力。"研究人员迎来了一个独特的机会，通过加州大学洛杉矶分校健康中心的18名癫痫患者大脑中的电极测试这一记忆巩固理论。这些电极被植入患者的大脑中，以帮助确定他们在住院期间的发作源，通常持续10天左右。这项研究是在两个晚上和上午进行的。就在睡前，研究参与者看到了动物和25位名人的照片配对，包括像玛丽莲-梦露和杰克-尼科尔森这样容易识别的明星。他们立即接受测试，看他们能否回忆起哪位名人与哪种动物配对，并在一夜不受干扰的睡眠后，在早晨再次接受测试。在另一个晚上，他们在睡前看到了25个新的动物和名人的配对。这一次，他们在一夜之间接受了有针对性的电刺激，并在早上测试他们回忆配对的能力。为了提供这种电刺激，研究人员创建了一个实时闭环系统，弗里德将其比作一个音乐指挥家：该系统"聆听"大脑的电信号，当病人进入与记忆巩固相关的深度睡眠期时，它就会发出柔和的电脉冲，指示快速发射的神经元同步"演奏"。与未受干扰的睡眠相比，每个接受测试的人在接受电刺激的夜晚后的记忆测试中表现更好。关键的电生理标记也表明，信息在海马体和整个皮层之间流动，提供了支持记忆巩固的物理证据。弗里德说：我们加强了这条高速公路，信息通过它流向大脑中更永久的存储位置。"弗里德在2012年撰写了一份《新英格兰医学杂志》的研究报告，首次表明电刺激可以加强记忆，他的工作继续探索深层脑刺激如何能够改善记忆，现在已经进入了睡眠的关键阶段。他最近获得了美国国立卫生研究院700万美元的资助，研究人工智能是否可以帮助确定和加强大脑中的特定记忆。"在我们的新研究中，我们表明我们可以从总体上增强记忆，"弗里德说。"我们的下一个挑战是我们是否有能力调控特定的记忆。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363267.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363267.htm

研究发现脑电刺激能改善老年人的记忆力

研究发现脑电刺激能改善老年人的记忆力根据一项新研究，对大脑进行20分钟的脑电刺激可以提高老年人的记忆力，效果可持续至少一个月。在美国，约有8%的人随着年龄的增长被诊断出患有阿尔茨海默病或痴呆症--严重损害了他们的记忆力--而更大的老年人群体有某种程度的与年龄有关的记忆丧失。这项新研究只是对潜在解决方案的初步了解。但是，随着世界人口的迅速老龄化，像这样简单、快速的治疗方法可能会变得更加重要--特别是如果未来的研究表明，它可以帮助解决更严重的认知状况。周一发表在《自然-神经科学》上的这项研究所做的大脑刺激来自于一个类似泳帽的装置，上面镶有电极，将电流输送到大脑的特定区域。研究小组对两个主要区域感兴趣：一个是与工作记忆（暂时保存信息并与短期记忆重叠）有关的区域，另一个是与长期记忆有关的区域。研究小组将60名年龄在65至88岁之间的参与者分为三组：一组佩戴设备，但没有得到任何电刺激；第二组在与工作记忆相关的区域接受刺激；第三组在与长期记忆相关的区域接受刺激。连续四天，参与者在接受治疗（或假治疗）的同时执行一项记忆任务，即阅读一份20个单词的清单并要求他们回忆这些单词。研究人员观察了他们记住列表开头（长期记忆）和列表结尾（工作记忆）的单词的频率。研究发现，工作记忆和长期记忆在这四天里都有所改善。研究作者、波士顿大学心理和脑科学系教授RobertReinhart在一次新闻发布会上说：“我们看到记忆的改善随着时间的推移而不断积累。而且参与者在一个月后仍然有记忆力的提高。”与针对大脑化学成分的药物和药品不同，这种类型的方法针对的是大脑的电系统。研究作者、波士顿大学认知神经科学研究员ShreyGrover在发布会上说，电刺激可能有助于改善大脑的生长和变化，而这些区域对记忆很重要。他说：“我们的大脑是可塑的，它们可以随着我们的学习而被改变。”Reinhart说，在为期四天的研究中，记忆力提高较快的人在一个月后对他们的记忆有更大的提升。而跳跃幅度最大的人是那些在研究开始前认知能力最差的人。现在，该研究中使用的设备只是一个实验工具。但它是安全的，除了一些瘙痒和刺痛之外，几乎没有其他副作用--所以如果研究继续显示它对记忆力等方面有用，可以想象它可以在医生的办公室提供给病人。这项研究中的人没有像阿尔茨海默病那样的特定疾病，但研究小组计划继续在患有这种疾病的人身上测试这种类型的治疗。他们还在研究其他类型的影响认知功能的疾病，如精神分裂症或强迫症。Reinhart说，大脑刺激的潜在应用有几十种。Reinhart说：“这是一种不同的方法，可以隔离和增强大脑中服务于某些功能的部分--比如我们如何感知、关注、记忆、学习，以及对来自我们环境的信息做出反应。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307503.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307503.htm

研究发现深部脑刺激有助于中风后的康复

研究发现深部脑刺激有助于中风后的康复一项研究发现，脑深部刺激与物理疗法相配合有助于中风后康复/克利夫兰诊所虽然紧急医疗保健、成像和医疗设备的进步改善了急性期中风的治疗，但高达50%的幸存者在中风后留下慢性残疾，这往往导致他们需要他人的帮助才能完成日常活动。中风患者通常会留下上肢损伤，包括肌肉和肌张力减弱或受损以及感觉变化。克利夫兰诊所的研究人员研究了使用一种新的侵入性手术方法来帮助中风后长期受损的人康复。他们的首次人体一期临床试验涉及齿状核的深部脑刺激（DBS），齿状核是大脑中负责调节随意运动、认知、语言和感觉功能精细控制的部分。12名在12至36个月前单侧大脑中动脉中风后出现持续中度至重度上肢损伤的参与者，通过手术将电极插入他们的小脑。类似心脏起搏器的设备会发出微小的电脉冲，帮助参与者恢复对运动的控制。手术后出院后，参与者接受了数月的物理治疗，首先关闭DBS设备几周，然后打开四到八个月。研究人员在设备打开后看到了最大的改善，12名参与者中有9名的运动损伤和功能都有改善。没有观察到严重的不良反应。损伤的严重程度影响了参与者的表现。根据使用Fugl-Meyer中风恢复评估的治疗前和治疗后评分，那些至少保留最低限度运动功能的人的收益几乎增加了两倍。该研究的通讯作者安德烈·马查多(AndreMachado)表示：“这些[研究结果]让患者感到安心，因为研究参与者在中风后已经残疾一年多，在某些情况下甚至三年了。这为我们提供了一个潜在的机会，可以在中风恢复的慢性阶段进行急需的康复改善。对治疗有反应的研究参与者的生活质量影响是显着的。”研究人员得出结论，DBS联合物理治疗是安全可行的。他们计划使用更大的样本量进行进一步的研究。该研究的主要作者肯尼斯·贝克说：“目前没有有效的方法来改善数十万中风幸存者的身体康复结果。研究结果发现，深部脑刺激与物理治疗相结合，可以改善中风一年多后患者的运动能力，并且其运动改善已基本趋于稳定。这告诉我们，这项研究值得在更大的患者样本中进行进一步调查。”该研究发表在《自然医学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377413.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377413.htm

研究人员发现掌管深度睡眠的关键脑电波的起源

研究人员发现掌管深度睡眠的关键脑电波的起源了解海马体的活动可以改善睡眠和认知疗法。加利福尼亚大学欧文分校生物医学工程系的研究人员发现了对深度睡眠至关重要的两种基本脑电波--慢波和睡眠纺锤波的新来源。传统上，人们认为这些脑电波仅起源于连接丘脑和大脑皮层的回路，而发表在《科学报告》上的研究小组的发现表明，海马体记忆中心的轴突也在其中发挥了作用。几十年来，慢波和睡眠棘波一直被认为是深度睡眠的基本要素，是通过头皮上的脑电图记录测量到的。然而，加州大学欧文分校领导的研究小组在海马体中发现了这些脑电波的新来源，并能在单个轴突中测量它们。该研究证明，慢波和睡眠棘波可能源自海马角3区的轴突。这些电压振荡的发生与神经元的尖峰活动无关，这对有关这些脑电波产生的现有理论提出了挑战。"我们的研究揭示了深度睡眠大脑活动中一个以前未被认识到的方面，"第一作者、前加州大学欧文分校生物医学工程专业本科生、现约翰霍普金斯大学研究生王梦柯（王梦柯在加州大学欧文分校学习期间进行了这项研究）说。"我们发现，通常与记忆形成有关的海马体在产生慢波和睡眠棘波方面起着至关重要的作用，这为我们了解这些脑电波如何在睡眠期间支持记忆处理提供了新的视角。"研究小组利用创新技术--包括体外重建海马亚区和用于单轴突通信的微流体隧道--观察了离体海马神经元的自发纺锤波。这些发现表明，纺锤形振荡源于轴突内活跃的离子通道，而非之前认为的通过体积传导。生物医学工程兼职教授格雷戈里-布鲁尔（GregoryBrewer）说："在单个海马轴突中发现纺锤振荡为了解睡眠期间记忆巩固的内在机制开辟了新途径。这些发现对睡眠研究具有重大意义，有可能为治疗睡眠相关疾病的新方法铺平道路"。布鲁尔的其他研究机构包括记忆损伤和神经系统疾病研究所以及学习和记忆神经生物学中心。通过揭示海马在产生慢波和睡眠漩涡中的作用，这项研究拓展了我们对大脑在深度睡眠期间的活动及其对记忆处理的影响的认识。这些发现为今后探索针对海马活动的治疗潜力、改善睡眠质量和认知功能的研究奠定了良好的基础。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427262.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427262.htm

靶向脑刺激改善创伤性脑损伤患者的记忆力

靶向脑刺激改善创伤性脑损伤患者的记忆力创伤性脑损伤后，患者可能会立即出现创伤后遗忘症（PTA），即意识模糊、迷失方向，记不起受伤后发生的事情。创伤后失忆症是短暂的，可持续数分钟至数月不等，而中度至重度创伤后失忆症则会对记忆产生持久影响，尤其是发作性记忆，即回忆和在头脑中重新体验过去特定事件的能力。在一项新研究中，宾夕法尼亚大学的研究人员探讨了为中重度创伤性脑损伤患者提供人工智能引导的脑电刺激如何改善他们的记忆。这项研究的主要作者迈克尔-卡哈纳说："这些患者通常相对年轻，身体健康，但他们面临着数十年的记忆和执行功能受损问题。"该研究发现，当机器学习模型预测记忆即将失效时进行电刺激，可以改善记忆功能。2017年的研究使用的是开环刺激，即人工智能在不考虑大脑状态的情况下施加刺激。2018年，研究人员在25名癫痫患者身上测试了他们的人工智能指导模型，实时监测他们的大脑活动，只有在预计记忆会失效时才对左脑施加刺激，即闭环刺激。他们发现，记忆和学习成绩提高了15%。在目前的研究中，研究人员招募了八名患有难治性癫痫（即药物无法控制的癫痫）和中度至重度创伤性脑损伤病史的患者，这些患者正在使用植入的颅内电极接受癫痫发作监测。每位受试者都进行了延迟回忆测试，要求他们回忆一系列连续出现的名词。回忆任务分别在接受和未接受闭环脑刺激的情况下进行。在没有刺激的情况下，研究人员确定了成功记忆编码的个性化生物标志物，他们可以在以后的测试中使用这些标志物来控制闭环大脑刺激。在刺激过程中，机器学习算法会实时解码记忆成功与否，并在受试者的记忆表现低于预测平均值时触发刺激。当研究人员检查使用闭环刺激的记忆率时，他们发现，与不使用刺激时相比，参与者能更可靠地回忆起项目。平均而言，闭环刺激使记忆回忆率提高了19%。研究人员说，他们的研究证明了使用闭环脑刺激治疗创伤性脑损伤患者记忆力丧失的概念。"通过证明对有中重度创伤性脑损伤病史和记录在案的记忆损伤患者的疗效，我们希望我们的研究结果将加速后天性脑损伤患者技术的开发，在他们试图重建伤后生活的过程中，这些技术可以在一定程度上恢复他们失去的记忆功能。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371837.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371837.htm

一个大脑区域在睡眠中教导另一个区域 将新数据转化为持久的记忆

一个大脑区域在睡眠中教导另一个区域将新数据转化为持久的记忆然而，准确地说，新的经验在睡眠中如何被处理仍然是一个谜。夏皮罗、宾夕法尼亚大学的博士生DhairyyaSingh和普林斯顿大学的KennethNorman现在从他们建立的一个神经网络计算模型中对这个过程有了新的认识。在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的研究中，他们表明，当大脑在慢波和快速眼动（REM）睡眠中循环时（大约每晚发生五次），海马体向新皮层传授它所学的知识，将新奇、短暂的信息转变为持久的记忆。"这不仅仅是大脑中局部电路的学习模型。"宾夕法尼亚州心理学系助理教授夏皮罗说："这是一个大脑区域如何在睡眠期间教导另一个大脑区域，在这个时候没有来自外部世界的指导。这也是一个关于我们如何随着环境的变化而优雅地学习的提议。"安娜-夏皮罗是文理学院心理学系的助理教授。图像来源：宾夕法尼亚大学广义上，夏皮罗研究人类的学习和记忆，特别是人们如何获得和巩固新信息。她长期以来一直认为睡眠在这里起到了一定的作用，她和她的团队一直在实验室里进行测试，记录参与者睡眠时大脑中发生的情况。她的团队还建立了神经网络模型来模拟学习和记忆功能。具体到这项工作，夏皮罗和同事们建立了一个神经网络模型，该模型由海马体和新皮层组成，海马体是大脑的新记忆中心，负责学习世界的日常、偶发信息，而新皮层则负责语言、高级认知和更永久的记忆存储等方面。在模拟睡眠过程中，研究人员可以观察并记录这两个区域的模拟神经元在什么时候发射，然后分析这些活动模式。该团队使用他们建立的大脑启发式学习算法进行了几次睡眠模拟。模拟结果显示，在慢波睡眠期间，大脑大多在海马体的引导下重温最近发生的事件和数据，而在快速眼动睡眠期间，它大多在新皮层区域的记忆存储的引导下重演之前发生的事情。DhairyyaSingh是文理学院心理学系的二年级博士生。图像来源：宾夕法尼亚大学"当两个大脑区域在非快速眼动睡眠期间连接起来时，那是海马体实际上在教导新皮质，"夏皮罗实验室的二年级博士生辛格说。"然后，在快速眼动睡眠阶段，新皮层重新激活，可以重放它已经知道的东西，巩固了数据在长期记忆中的地位。"他说，这两个睡眠阶段之间的交替也很重要。"当新皮层没有机会重放自己的信息时，我们看到那里的信息会被覆盖。我们认为你需要有交替的快速眼动期和非快速眼动期睡眠，才能发生强大的记忆形成。"这些发现与该领域已知的情况一致，尽管该模型的某些方面仍然是理论上的。"我们仍然需要对此进行测试，"Schapiro说。"我们的下一步将是进行实验，以了解快速眼动睡眠是否真的会唤起旧的记忆，以及这对将新的信息整合到你现有的知识中可能有什么影响。"因为目前的模拟是基于一个典型的成年人得到一晚健康的睡眠，他们不一定能转移到其他类型的成年人或不太理想的睡眠习惯。它们也没有提供对儿童情况的洞察力，因为儿童需要与成人不同的睡眠时长和类型。夏皮罗说，她看到她的模型在回答这些悬而未决的问题方面有很大的潜力。她说："有了这样一个工具，你就可以向许多方向发展，特别是因为睡眠结构在整个生命周期和各种疾病中都会发生变化，而我们可以在模型中模拟这些变化。"从长远来看，更好地了解睡眠阶段在记忆中的作用可能有助于为精神和神经疾病的治疗提供信息，因为睡眠不足是一种症状。辛格说，这对深度学习和人工智能也可能有影响。他说："我们受生物启发的算法可以为人工智能系统中更强大的离线记忆处理提供新的方向。这项连接睡眠和记忆形成的概念验证工作使该领域向这些目标迈进了一步。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332591.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332591.htm