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增强大脑功能的新工具治疗疾病

发布时间:2018-05-15    点击量:4

em新的研究表明,电刺激可以快速 - 可逆地 - 增加或减少健康人的执行功能,并改变他们的行为。 / em

罗伯特莱因哈特称内侧额叶皮质为“大脑警钟”。

“如果你犯了一个错误,这个大脑区域会发生火灾,”莱因哈特说,心理和脑科学的文理学院助理教授。 “如果我告诉你,你犯了一个错误,它也会触发。如果有什么让你感到惊讶的话,它会发生。“在钢琴上打一个酸性的音符,内侧额叶皮层点亮,帮助你尽快纠正你的错误。在健康的人群中,大脑的这个区域与附近的区域,侧前额叶皮层(一个存储规则和目标的区域)以及改变我们的决定和行动起着重要作用的手拉手(或者可能是叶的叶)一起工作。

“这些可能是与执行功能和自我控制有关的两个最基本的大脑区域,”Reinhart说,他使用了一种名为高清经颅交流刺激(HD-tACS)的新技术来刺激这两个区域,并放置电极参与者的头皮。利用这项新技术,他发现改善这两个区域之间的脑电波同步或振荡可以加强彼此之间的沟通,使参与者在与学习和自我控制相关的实验室任务中表现更好。相反,对这些区域的脑电波时间进行去同步化或扰乱的时间受损,会影响参与者学习和控制其行为的能力,Reinhart可以通过改变电刺激的方式来快速修复。

这项于2017年10月9日发表在美国国家科学院学报(PNAS)上的研究表明,电刺激可以快速 - 可逆地增加或减少健康人的执行功能,并改变他们的行为。这些发现可能有一天会导致工具,可以提高正常的大脑功能,可能有助于治疗焦虑自闭症障碍。

“我们一直在寻找大脑活动和行为之间的联系 - 仅仅有这些东西是不够的。这是使这一发现如此令人兴奋的原因之一,“大卫萨默斯(GRS'93)说,他是心理学和脑科学教授兼主席。没有参与这项研究的萨默斯把刺激比作你的大脑的“涡轮增压”。 “很容易把大脑搞乱,”他说,“但实际上改善功能要困难得多。”

最近的研究表明,内侧额叶皮层和外侧前额叶皮质中的数百万细胞群可以通过其同步振荡的精确时间彼此通信,并且这些脑节律似乎以相对较低的频率(约四比特每秒八个周期)。虽然科学家以前曾研究过这些波,但Reinhart是第一个使用HD-tACS来测试这些细胞群如何相互作用以及它们的相互作用是否对学习和决策行为有用的。在由国立卫生研究院资助的工作中,Reinhart能够使用HD-tACS来隔离和改变这两个特定的大脑区域,同时通过脑电图记录参与者的电脑活动。

“科学更强大,比以前做的更精确,”Somers说。

在他的第一轮研究中,莱因哈特测试了30名健康参与者。每个科目都戴着一个软帽,装有刺激大脑活动的电极,而另外的电极则监测脑电波。 (莱因哈特说这个程序是安全的,无创的,并且不会受到伤害,“前30秒有轻微的刺痛,”他说,“然后人们习惯了。”)然后,40分钟,参与者进行了一次时间估算学习任务,当他们认为1.7秒已经过去时按下按钮。计算机每次都会给予他们反馈:太快,太慢或恰到好处。

莱因哈特三次对30名参与者进行了测试,一次上调振荡,一次扰乱他们,一次什么都不做。在测试中,他启动了两个大脑区域之间的同步,人们学得更快,错误更少,并且 - 当他们确实犯了错误 - 更准确地调整了他们的表现。而当他反而打乱了振荡并减少了同步 - 在一个非常粗略的意义上,把这个开关从“聪明”轻弹到“哑” - 这个对象犯了更多的错误,学得更慢。效果非常微妙,人们本身没有注意到任务有任何改善或受损,但结果具有统计显着性。

Reinhart然后在30位新参与者中复制了该实验,通过一次只查看大脑的一侧增加了另一个研究参数。在所有情况下,他发现大脑的右半球与改变行为更相关。

接下来是研究中最有趣的部分:30人参加并尝试了这项任务。首先,莱因哈特暂时扰乱了每个受试者的大脑活动,注意到他们的脑波不同步,他们的任务表现下降。但是这一次,在这项任务的中间,Reinhart转换了刺激的时间 - 将旋钮从“哑”转变为“聪明”。参与者在几分钟内恢复了他们原来的大脑同步和学习行为水平。

他说:“我们对结果感到震惊,并且刺激的效果有多快能够被扭转,”他说。

尽管莱因哈特警告说这些结果是非常初步的,但他指出许多精神疾病和神经疾病 - 包括焦虑症,帕金森氏症,自闭症,精神分裂症,多动症和阿尔茨海默病 - 表现出中断的振荡。目前,这些疾病中的大部分都是用药物作用于整个大脑的受体。 “毒品真的很混乱,”莱因哈特说。 “他们经常影响非常大的大脑区域。”他想象的是一个未来的精确靶向的大脑刺激,它只作用于大脑网络的一个关键节点,“像一个更精细的手术刀”。他的下一个研究线将测试技术用于焦虑症患者。

当然,还有这项技术可能为健康大脑提供的承诺。几家公司已经推出了宣称既能增强学习又能减少焦虑的脑部刺激设备。 YouTube视频展示了如何使用双A电池和现成的电子设备制作自己的电影,这是Reinhart劝阻的一种做法。 “你可以伤害自己,”他说。 “你可能会被烧伤,并且目前几天在你的脑海中响起。”

不过,他确实看到了上诉。 “我之前的研究中有志愿者回来说,'嘿,我可以在哪里得到其中一个?我很乐意在考试之前拿到它,“他说。 “那是在我们听取了他们的汇报后,他们正在阅读关于它的文件。”

Somers指出,在技术走向主流之前,仍有许多问题需要回答:效果持续多久?你能做到多大?你能从一个简单的实验室任务推广到更复杂的工作吗? “但是最大的问题,”他说,“你能用这种技术走多远?”

“想想任何给定的工作日,”Somers说。 “你需要真正开启一次会议,所以你在午休时间留出一些时间来进行一些大脑刺激。我认为很多人都会真正意识到这一点 - 就像三杯咖啡一样没有抖动。“

发表:罗伯特M.G.莱因哈特,“破坏和拯救interrealta相耦合和适应行为,”PNAS,2017; doi:10.1073 / pnas.1710257114

来源:波士顿大学芭芭拉莫兰

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