人體大腦(圖:Matt Cardy/Getty Images)

美國國防高等研究計劃署(DARPA )近日公布了一個大腦刺激裝置,可以將學習能力提高 40%。雖然該裝置一開始是用獼猴進行測試,研究人員稱這種裝置將來可以用於改變人體大腦中的功能性連接。

 

用電流刺激大腦

這種裝置可以像帽子一樣戴在頭上,利用電流刺激大腦的部分區域。實驗中,研究人員對獼猴實施「非侵入性經顱直流電刺激」(non-invasive transcranial direct current stimulation,tDCS),刺激大腦的前額葉皮層。然後讓獼猴執行一項聯想學習(associative learning)的任務。獼猴必須學習把一個視覺訊息和一個地點聯繫起來,從而得到獎賞。接收到視覺訊息後,獼猴將開始尋找獎賞。

研究結果表明,對照組獼猴需要 22 次嘗試,才能學會看到視覺訊息後直接找到獎賞,而實驗組獼猴經過該裝置刺激後,只需要 12 次嘗試,就能學會這項技能。學習速度提高了 40%。

前額葉與其他腦區的連接

研究的首席科學家 Praveen Pilly 解釋說,實驗中之所以選擇刺激前額葉皮層,是因為此處控制人體許多執行功能,包括決策制定、意識控制和情景性記憶的獲取。前額葉皮層幾乎與所有其他腦區都形成聯繫,刺激它將產生廣泛的作用。

實驗中,刺激前額葉皮層改變了該區域與其他腦區之間的聯繫。正是這些增強的聯繫提高了獼猴的學習能力,而不是神經元發放頻率的功勞。Pilly 說,腦區之間高頻段的長距離連接增強,低頻段的連接減弱,這是提高學習能力的決定性因素。

應用前景

研究人員認為,經顱直流電刺激(tDCS)廣泛改變了大腦的活動性,這表明它可能是改變人體大腦功能性連接的有效方法,造價低廉,只需非侵入性操作。

這項研究是 DARPA 「恢復活躍記憶」(Restoring Active Memory,RAM)項目的一部分,實驗裝置由加利福尼亞 HRL 實驗室、加拿大蒙特利爾麥吉爾(McGill)大學和紐約的 Soterix 醫療共同開發。

研究的初衷是創傷性腦損傷帶來的無法獲取記憶的問題。DARPA 希望開發出新的神經義肢技術,填補受傷大腦中的記憶斷層。最終目標是開發出可移植的無線界面,幫助腦損傷患者恢復記憶,重獲記憶功能。

註:經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)是一種神經刺激方式,通過覆蓋在大腦外表面的兩塊電極,用恆定的低直流電刺激大腦。

經顱直流電刺激(圖:Laboratory For Neurobiology of Psychiatric Disorders, Hanoch Kaphzan, University of Haifa)

參考資料:

1. Krause M R, Zanos T P, Csorba B A, et al. Transcranial Direct Current Stimulation Facilitates Associative Learning and Alters Functional Connectivity in the Primate Brain[J]. Current Biology, 2017.

2. Osborne H, DARPA scientists unveil brain device that boosts learning by 40 percent, Newsweek, Oct 25, 2017.

You May Also Like

早產兒的腦部損傷風險高?腸道細菌會影響大腦發育!

早產兒的腦部受損風險高 腸道、大腦和免疫系統的早期發育是非常密切相關的,我們都知道極度早產嬰兒的腦部…

美國回收到「非地球製造的」外星飛行器

調查結果還未被公開 根據美國參議院委員會最近的報告指出,美國政府對不明飛行物(UFOs)的搜索正在進…

為什麼唯物主義總是與科學息息相關?

科學只存在於人類頭腦所感知的範圍內 Bernardo Kastrup是一個荷蘭的計算機科學家兼哲學家…

立陶宛一名男子在戒酒後將目標轉移,他把一公斤的螺絲吞進肚子裡!

重達1公斤的金屬異物 立陶宛外科醫師達立登納斯(Sarunas Dailidenas)近日向立陶宛國…

地球生命起源於外太空?隕石中首次發現完整的蛋白質分子

哈佛大學(Harvard University)一組研究團隊在 Acfer 086 隕石撞擊處發現了…

盲人的嗅覺未必更靈敏!那他們是如何感知這世界的呢?

盲人嗅覺未必較靈敏 盲人在許多書籍和電影中常常會有發展超級敏感聽力來幫助導航周圍的世界的劇情,過去曾…