左側為 20 歲年輕人工作記憶的活動,中間為刺激前 70 歲年長者,右側為刺激後。(圖:Reinhart lab/Boston University)

波士頓大學(Boston University)神經科學家萊因哈特博士(Rob Reinhart)和博士後研究員約翰·阮(John Nguyen)近期發表一項研究,該研究成功使用電刺激(electrostimulation)的方式改善 70 歲老人的記憶力,使其記憶表現與 20 歲年輕人相同。

電流刺激

研究團隊將焦點放在工作記憶(working memory)上,工作記憶被認為與短期記憶有關,負責進行決策、理解和推理等重要的工作。當我們進入 30 歲初期時,大腦功能開始逐漸退化,直到 70 歲左右,神經網路已退化到容易出現顯著的認知障礙,甚至是阿茲海默症(Alzheimer’s disease)。

研究團隊進行了一項試驗,以測試電流刺激是否能強化記憶力。他們徵求一組 20 多歲與一組 60 多歲和 70 多歲的參與者進行記憶力實驗,研究人員先給予參與者一張圖片,過一段時間再給他們第二張圖片,並請參與者找出兩張圖片是否有不同之處。實驗剛開始時,年輕組無疑有較佳的記憶力表現,但在老人組接受 25 分鐘電極刺激後,其記憶力與年輕人沒有任何差異,甚至持續 50 分鐘直到實驗結束。

耦合與同步

此方法之所以能有顯著的效果,與大腦訊號的耦合(Coupling)與同步(Synchronization)有關。大腦中頻率較低的 θ 波就如同交響樂團的指揮家一般,能夠協調各種功能的 γ 波,如視覺顏色訊號、聲音訊號等,這種耦合能讓我們正常思考與儲存記憶。但當 θ 波逐漸失去協調能力時,大腦功能便開始退化,記憶力也隨之衰退。

大腦中的同步則是不同區域的 θ 波能同步化,使不同區域間能夠相互溝通。同步能將各種個人感官連結,進一步創造連貫的記憶。而隨著我們逐漸老去,同步的功能也漸漸退化,使得我們無法有效的組織記憶。

研究團隊認為,透過電流刺激,可以恢復這些隨著年紀增長而失去的大腦功能。在實驗中,研究團隊發現此方法也能用於天生記憶力較差的年輕人身上。萊因哈特博士進一步推論,這兩種大腦功能在人口中呈現光譜分佈,在光譜兩端的一側是具有絕佳記憶力的人,同步與耦合功能都發揮得非常傑出;而另一側則是如阿茲海默患者,無法有效發揮兩種功能。但大部分的人都介於其中,在兩者間有其中一種發揮得較佳。

未來發展

此研究的應用範圍相當廣泛,萊因哈特博士表示:「這開啟了一個全新的研究與治療方法領域,我們對此相當興奮。」他希望能以動物來研究電流刺激對個體大腦細胞的影響,此外他也相當好奇在不斷重複刺激的情況下,是否能更進一步增強大腦功能。最重要的是,萊因哈特博士希望有一天這項研究能治療全世界數百萬名受認知障礙所擾的患者,特別是阿茲海默症患者。

參考資料:

  1. Benson, K. (n.d.). Electrostimulation Can Improve Working Memory of People in their 70s. BU
  2. Reinhart, R. M., & Nguyen, J. A. (2019). Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits. Nature Neuroscience. doi:10.1038/s41593-019-0371-x
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