當研發(fā)出假肢，讓截肢的患者能夠重新走路的時候，同樣的科技就能用來為健康人進化升級，如果能夠發(fā)現(xiàn)防止記憶力衰退的方法，同樣的方法也能用來為年輕人增強記憶力，治愈與進化之間并沒有明確的界限，醫(yī)學一開始幾乎總是要拯救那些低于正常下限的人，但同樣的工具和知識也能用來超越正常的上限。

《未來簡史》尤瓦爾赫拉利

數(shù)十年來，醫(yī)學與神經(jīng)科學在精神類疾病治療上取得了很多突破性進展，比如說：用有創(chuàng)的DBS/深部腦刺激技術(shù)取代病灶切除手術(shù)來治療癲癇，用無創(chuàng)的TMS/經(jīng)顱磁刺激技術(shù)和tDCS/經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)，通過刺激大腦皮層來緩解抑郁癥和精神分裂癥患者的病情，反過來，臨床上用于治病的技術(shù)，也可能被科學家搬進實驗室，用于研究如何增強正常大腦的功能。

近年來，類似的研究屢見報端，例如：2014年美國Newsweek曾報道：Northwest大學研究人員用TMS增強正常人的記憶功能。2006年印度DNA（DailyNews&Analysis）曾報道：德國Lubeck大學研究人員通過電刺激使正常人增強記憶。同年新華社也對做了相關(guān)報道：科普：睡眠時刺激大腦可能提高記憶力。

我的上一篇文章提到，1924年兩位美國科學家發(fā)現(xiàn)睡眠能有效地減緩遺忘。經(jīng)過多年的研究，科學家逐步將睡眠的抗遺忘功能與睡眠早期的慢波睡眠聯(lián)系在一起，研究發(fā)現(xiàn)清醒時存儲在海馬內(nèi)的短期記憶，在慢波睡眠中會逐步向長期記憶存儲中心-新皮層轉(zhuǎn)移，而睡眠當中新皮層-丘腦-海馬的“交流對話”，即slowoscillation-spindle-sharpwaveripple同步振蕩為此提供了實驗依據(jù)。

本文便以2006年德國Lubeck大學的科學家在國際頂級期刊nature發(fā)布了一篇了文章：睡眠中調(diào)節(jié)慢波振蕩增強記憶為例，闡述睡眠中增強記憶鞏固的方法。

Question

先前的研究中作者發(fā)現(xiàn)，在大腦皮層施加微弱的delta直流電流刺激，能增強皮層的腦電振蕩，而在慢波睡眠中，新皮層的慢波振蕩以“從上到下”的方式驅(qū)動丘腦和海馬同步活動，促進短期記憶向長期記憶不斷轉(zhuǎn)化。能否通過低頻電刺激的方式，改變新皮層的慢波振蕩，進而增強陳述性記憶鞏固呢？

Part1實驗設(shè)計

慢波睡眠中新皮層的慢波振蕩頻率為0.5-4Hz（delta波），主頻率為0.7-0.8Hz，在學習后的慢波睡眠中，通過微弱電流刺激前額葉新皮層，改變新皮層的慢波振蕩，探究慢波振蕩改變與記憶鞏固之間的聯(lián)系。

Part2實驗流程

醫(yī)學生因為在學習中需要記憶很多知識的緣故，通常都有著出色的記憶能力，因此研究人員招募了一批醫(yī)學生作為被試。實驗分為刺激組和非刺激組，在研究人員的引導下，被試帶上電極帽，睡前完成單詞記憶任務（能用語言表達的）和程序性記憶任務（說不出但會做的），進入睡眠后第一個睡眠周期的慢波睡眠階段，刺激組接受微弱的0.75Hz電流刺激（人體完全感受不到），而非刺激組則只帶電極帽不施加電流刺激。早上被喚醒后，被試接受記憶提取測試，評價記憶結(jié)果。

Part3實驗結(jié)果

陳述性記憶任務中，刺激組與非刺激組在睡眠覺醒后記憶單詞數(shù)均增多，但刺激組表現(xiàn)更好（4.77>2.08），而程序性記憶任務中，兩組被試沒有表現(xiàn)出顯著性差別。

與非電刺激組相比，電刺激組在電刺激之后的1小時內(nèi)，睡眠結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，慢波睡眠和REM睡眠均顯著增多，而淺睡眠減少。

功率譜分析顯示：0.5-1Hz的慢波、8-12Hz的慢spindle能量均有不同程度提高，12-15Hz的快spindle能量則沒有提升。

Part4實驗結(jié)論

1.新皮層delta電刺激有效提升了海馬依賴性的陳述性記憶，而與REM睡眠有關(guān)的程序性記憶，因其鞏固不在慢波睡眠階段進行，因此鞏固沒有得到增強。

2.新皮層delta電刺激有效增強了新皮層的慢波振蕩，改變睡眠結(jié)構(gòu)使慢波睡眠增多，加強了“新皮層-丘腦-海馬”之間的交流對話，為慢波睡眠促進記憶鞏固提供了實驗依據(jù)。

3.慢波睡眠中新皮層的慢波振蕩增強，會引發(fā)源自丘腦的spindle振蕩也隨之增強，致使海馬內(nèi)存儲的短期記憶向皮層存儲的長期記憶轉(zhuǎn)化增強，這為slowoscillation-spindle同步振蕩增強記憶鞏固提供了實驗依據(jù)。

而清醒和REM睡眠時新皮層振蕩頻率為4-8Hz（theta波），主頻率為5Hz，能否通過theta電刺激改變慢波睡眠中新皮層的慢波振蕩和REM睡眠中新皮層的theta振蕩，進而增強記憶鞏固呢？

2011年該研究團隊又發(fā)表了另一篇文章，睡眠中theta電刺激抑制了記憶鞏固。

在被試學習后的睡眠中，早期慢波睡眠和睡眠后期REM睡眠階段，用5Hz的微弱電流刺激前額葉皮層，研究theta刺激對慢波睡眠和REM睡眠的影響。

陳述性記憶任務中，刺激組與非刺激組在睡眠覺醒后記憶單詞數(shù)均增多，但刺激組表現(xiàn)更差（2.80<5.16），而程序性記憶任務中，兩組被試沒有表現(xiàn)出顯著性差別。

在慢波睡眠中，theta電刺激導致刺激當時睡眠結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變，慢波睡眠顯著減少，而淺睡眠顯著增多。電刺激之后的1小時內(nèi)，慢波睡眠和淺睡眠結(jié)構(gòu)逐步恢復到正常。

功率譜分析顯示：受theta電刺激影響，slowoscillation和慢spindle能量均發(fā)生不同程度降低，而停止刺激之后的1小時內(nèi)，慢波和慢spindle能量先代償性升高，再逐漸恢復到正常水平。

功率譜分析顯示：REM睡眠中theta電刺激誘發(fā)gamma頻段的能量提升，這與學習過程中新皮層theta-gamma耦合現(xiàn)象一致。

實驗結(jié)論

慢波睡眠中theta電刺激顯著抑制了新皮層的慢波振蕩，使海馬依賴性的陳述性記憶鞏固變差，REM睡眠中theta電刺激對程序性記憶沒有顯著影響。

文章小結(jié)

在慢波睡眠中用tDCS在新皮層施加低頻電刺激，能增強新皮層slowoscillation，增強陳述性記憶鞏固，而theta電刺激，會削弱新皮層slowoscillation，抑制陳述性記憶鞏固。

近年來國內(nèi)外許多研究團隊都在積極研發(fā)研tDCS設(shè)備，由波音和通用公司共同持股的HRLLaboratories和美國加州Thync公司都曾研發(fā)出商用可穿戴tDCS設(shè)備，但略顯遺憾的是，因其使用安全可靠性未能得到廣泛驗證，目前國內(nèi)外tDCS設(shè)備均未能通過醫(yī)療認證，而個人DIYtDCS設(shè)備和商用tDCS設(shè)備也常因使用不當，造成使用者皮膚燒傷、暫時性視力喪失等安全問題，因此需要謹慎對待。

寫在最后

人類腦計劃的終極使命“認識腦-保護腦-創(chuàng)造腦”，經(jīng)過一代代科學家的努力，正在一步步變成現(xiàn)實，神經(jīng)科學技術(shù)的不斷革新和發(fā)展，使我們能進一步窺探大腦深邃的奧秘。