《本文同步发布于“脑之说”微信公众号，欢迎搜索关注~~》
随着年纪的增大，我们可能会有这样的体验：年轻的时候轻而易举记住的事情现在却常常忘记，不禁感叹，时间不仅“摧毁”了我们的容颜，而且也“摧毁”了我们的记忆力。如果你的记忆力被“摧毁”到一定的程度，可能你得了一种称之为阿尔兹海默症的病，俗称老年痴呆。老年痴呆最主要的临床症状之一是工作记忆能力的损伤。退一步说，即使正常的、没有患有老年痴呆的老年人，也会伴随着工作记忆能力的大幅衰退（和年轻人相比），因此，研究大脑的老化规律和机制，以及发展出能够提高老年人认知功能（包括工作记忆）的方法策略是神经科学研究的主要目的之一。近日，美国波士顿大学研究团队在Nature neuroscience 杂志发表研究成果，发现与年轻人相比，老年人颞叶皮层θ-γ频段的相-幅耦合（phase-amplitude coupling, PAC）以及前额叶和颞叶皮层之间的θ频段相同步出现异常；并且提出一种无创的大脑电刺激方案（经颅交流电刺激tACS），可逆转老年人衰退的工作记忆能力，这种逆转效应可以在电刺激停止后持续50分钟。
实验方法简述
实验对象包括一组年轻人和一组老年人。每组实验对象都要分别完成如图1所示的两个实验，一个是记忆实验（图1上方），一个是对照实验（图1下方）。记忆实验需要被试记住Target，并判断出现的Probe是否与Target相同，Target与Probe之间有3000ms的延时。对照实验不需要求被试记住Target，只需要判断格栅状的Probe是从垂直方向向着逆时针还是顺时针倾斜。
无创大脑刺激方案：研究者采用经颅交流电刺激（transcranial alternating-current stimulation，tACS）实现对大脑的无创刺激和调控。经颅交流电刺激tACS和经颅直流电刺激tDCS基本相同，不同的是前者施加的是交流电而后者施加的是直流电。具体的刺激方案如图2所示，同时对左侧前额叶和左侧颞叶皮层进行刺激，每个皮层区域放置三个刺激电极使得电流能够最大程度的聚焦。在实验中，年轻人这一组只进行虚假刺激实验，而老年人这一组既要进行虚假刺激实验，又要进行真实刺激实验，刺激时间设定为25分钟。刺激前后，都要进行如图1所示的实验测试，并且同时采集EEG脑电信号。
图1
图2主要实验结果
1、与年轻人相比，老年人的工作记忆能力确实出现显著的降低；而经颅交流电刺激tACS可以显著提高老年人的工作记忆能力。结果如图3所示，左边的图显示的是行为学测试中的反应时间RT，可以看到年轻人和老年人两组被试之间的RT存在显著差异；而组内实验表明，经过对老年人组施加tACS后，虽然RT有所降低，但是与施加tACS前的RT相比不存在显著差异。图1右边的图显示的是行为学测试中的反应准确度，可以看到老年人组反应精确度显著低于年轻人组，而经过对老年人组施加tACS后，老年人组的反应精确度显著增加。
图32、与年轻人相比，老年人在工作记忆任务过程中的颞叶皮层θ-γ频段PAC值显著降低，而tACS可以恢复或提高其颞叶皮层的θ-γ频段PAC值。研究者计算了每个通道EEG信号的θ-γ频段相-幅耦合（PAC）值，并比较了对照实验和记忆实验（记忆保持阶段）两种实验条件下同一被试组在哪些通道或脑区的θ-γ频段PAC值具有统计学差异。结果如图4所示，对于年轻人组来说，与对照实验相比，记忆保持阶段表现出左侧颞叶皮层的θ-γ频段PAC值显著增加；对于老年人组来说，与对照实验相比，记忆保持阶段没有表现出哪些脑区的PAC值显著变化；但是经过对老年人组施加tACS之后，老年人组在记忆保持阶段表现出左侧颞叶皮层的θ-γ频段PAC值显著增加，与年轻人组的脑活动模式相似。图4中，颜色越红表示对照实验和记忆实验之间的统计学差异越显著。
图43、与年轻人相比，老年人在工作记忆任务过程中的颞叶与前额叶皮层之间的θ频段相同步指标显著降低，而tACS可以恢复或提高其颞叶与前额叶皮层之间的相同步指标。研究者利用EEG溯源算法，得到大脑皮层每个体素（Voxel）的脑电信号，进而计算左侧颞叶皮层的voxels与其他所有脑区的voxels之间的θ频段相同步指数（本文采用的相同步指数是PLV）。然后，比较对照实验和记忆实验（记忆保持阶段）这两种实验条件下同一被试组在哪些脑区的θ频段相同步指标具有统计学差异。结果如图5所示，对于年轻人组来说，与对照实验相比，记忆保持阶段表现出左侧颞叶皮层与前额叶皮层之间的θ频段相同步指数显著增加；对于老年人组来说，与对照实验相比，记忆保持阶段没有表现出哪些脑区与左侧颞叶皮层之间的相同步指数的显著变化；但是经过对老年人组施加tACS之后，老年人组在记忆保持阶段表现出左侧颞叶与前额叶皮层之间的θ频段相同步指数的显著增加，与年轻人组的脑活动模式相似。图5中，颜色越红表示对照实验和记忆实验之间的统计学差异越显著。
图5大脑的老化似乎是一个正常的过程，伴随着我们大脑的老化，我们的认知功能也会出现一定程度的衰退。本文的研究结果似乎给我们“一丝曙光”，即通过无创的大脑电刺激可以逆转这种认知功能的衰退，或者说，至少可以改善这种认知功能的衰退。大量的研究似乎表明，这种无创的大脑电刺激调控技术（tDCS和tACS）在改善大脑认知功能上具有“神奇效果”，我们公众号在前期推送的两篇文章中（请看下文“推荐阅读”），有研究者发现tDCS可以让口吃患者说话更流利或者可以增强人的情景记忆能力。但是，这种无创调控技术的作用原理是什么？安全性和副作用如何？能否应用于临床治疗或改善患者（如老年痴呆患者）的记忆能力？类似这样的问题目前还是个谜，有待于研究者继续探索。但小编对这样的技术应用前景充满信心和憧憬，你觉得呢？
参考文献：
Robert M. G. Reinhart and John A. Nguyen. Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits[J]. Nature neuroscience,2019 May;22(5):820-827.
