想象一下，当您尝试学习新事物时，无论是人名还是您的第 15 个电子邮件密码，您的大脑都会获得电刺激。这种微小的电击会刺激神经元活动并使其集中注意力，从而提高您在需要时回忆起信息的能力。
这种类型的可植入神经设备不再纯粹是科幻小说，也不再是《黑镜》的一集。科学家们开发了一种设备，当大脑似乎有忘记新信息的风险时，它会用电刺激大脑。这项技术结合了一种称为深部脑刺激 (DBS) 的技术和神经活动的实时监测，使参与者在记忆任务中的表现提高了多达 15%。
在 DBS 中，电流通过植入在战略位置的电极输送到大脑。该设备已帮助控制帕金森病患者的震颤并阻止严重癫痫症患者的癫痫发作。科学家们现在正在探索 DBS 是否甚至可能有助于治疗阿尔茨海默病。但早期关于 DBS 对记忆影响的研究结果喜忧参半——一些测试提高了表现，而另一些测试则导致了提高，而其他测试则导致了损害。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
不同的结果似乎很大程度上取决于刺激发生的位置和时间。在《自然通讯》杂志上发表的这项新研究中，资深作者迈克尔·卡哈纳 (Michael Kahana) 希望让大脑自身的活动来指导刺激。“我研究记忆过程的电生理学多年了，在我看来，[我们应该] 使用大脑的电信号来预测良好的记忆，以帮助我们了解如何刺激大脑，”宾夕法尼亚大学心理学教授卡哈纳说。
卡哈纳的团队首先必须确定良好的记忆功能是什么样的。为此，研究人员招募了 25 名癫痫患者，他们的大脑中已经植入了电极以监测他们的癫痫发作。研究人员使用电极测量患者记忆单词列表时的神经活动。然后，他们比较了患者正确回忆的单词与他们忘记的单词的大脑活动。大脑中称为外侧颞叶皮层（核心记忆网络的一部分）的区域的活动似乎可以预测患者是否会在以后记住该单词。
然后，研究人员开发了一种软件，可以实时判断大脑这一部分的活动是否最适合记忆。如果软件检测到大脑处于不良学习状态，它会触发一个小的电脉冲来刺激该区域。DBS 中的电流通常是恒定的，但这种闭环 系统更像一个起搏器，仅在需要刺激时才刺激大脑。“我们正在核心记忆网络内诱导神经活动，而此时网络已经平静下来，但本不应该如此，”卡哈纳说。
尽管这项研究是在没有记忆障碍的患者中进行的，但人们对使用 DBS 治疗痴呆症的希望正在增加，尤其因为最有希望的阿尔茨海默病药物临床试验继续令人失望。“我认为这是一个非常令人兴奋的发现，”约翰霍普金斯大学精神病学和行为科学教授格温·史密斯说，他没有参与这项工作。“这项研究在方法论上非常出色，并且在治疗记忆障碍方面具有很大的潜力。”
加州大学洛杉矶分校神经外科教授伊扎克·弗里德 (Itzhak Fried) 也没有参与这项研究，他同意这些发现很有希望，但希望看到更多关于临床影响的证据。“原则上，基于大脑某些神经反馈的刺激比标准的 DBS（单向道）更具优势，”他在一封电子邮件中写道。“然而，这种方法是否会产生更好的结果还有待观察。”
多伦多大学神经外科主席安德烈斯·洛萨诺 (Andres Lozano) 与史密斯一起对阿尔茨海默病患者进行了多项使用 DBS 的临床试验，他说，使用间歇性刺激与持续刺激的优势取决于预期的结果。“闭环适用于短时间内发生的事情——几秒钟。如果您对几天或几年内发生的事情感兴趣，那么闭环是否最有利就不是很清楚了，”他说。
在洛萨诺和史密斯的一项试验中，65 岁以上的阿尔茨海默病患者接受持续 DBS 治疗后，一年内的认知能力下降程度低于未接受治疗的患者。DBS 还导致大脑葡萄糖代谢更高，洛萨诺说这是神经元功能改善的迹象。另一项小鼠研究表明，DBS 可以减少大脑中淀粉样斑块和 tau 蛋白缠结的存在——阿尔茨海默病的神经学特征，被认为是神经退行性变的幕后推手。“如果目标是减缓阿尔茨海默病的进展，那么我们可能需要持续刺激，”洛萨诺说。“我们正在利用大脑的内源性修复和生长机制，而刺激可以调动这些机制。”
其他研究人员希望进一步推进脑植入技术。南加州大学和维克森林大学的科学家们正试图构建一种“记忆假体”，以产生与记忆相关的电信号并将其输入大脑。他们使用电极、计算机和复杂的数学模型，致力于解码学习和记忆期间的大脑活动，以便在信号被遗忘时重新创建信号。到目前为止，科学家们已成功地从大鼠和猴子的学习活动中创建了与记忆相关的信号，但他们尚未在人体中测试该技术。
与此同时，闭环刺激系统正在成为现实。NeuroPace 公司提供了一种获得 FDA 批准的癫痫治疗设备。该植入物可以检测大脑中预测癫痫发作的活动，然后发出电脉冲立即停止癫痫发作。
尽管迄今为止的研究都围绕着改善患者的记忆力，但在我们这些只需要一点帮助的人中增强认知能力的想法也紧随其后。神经技术公司 Kernel 的首席执行官 Bryan Johnson 表示，这些类型的脑假体有一天可能会改善我们所有人的认知能力。
加州大学洛杉矶分校的神经外科医生弗里德驳斥了将深部脑刺激用于像记住鸡尾酒会上的人名这样琐碎的事情的想法。“这是一种侵入性技术，旨在治疗神经系统疾病患者的损伤并减轻他们的痛苦，并且是一种医疗程序，应受到严格的临床标准指导和监管，”他写道。
然而，卡哈纳对这个想法持更开放的态度。“我认为很多人担心侵入性技术风险太高，无法想象在非常大的规模上部署。您可以想象，人们会不愿意进行脑部手术来获得一种可以提高他们认知功能的设备，”他说。“但是，用于此类技术的脑部手术每年都变得越来越安全。[总有一天] 所谓的侵入性技术可能会变得足够低风险 [以至于] 我们甚至不会再认为它们具有侵入性了。” 整容手术是司空见惯的日常——LASIK 也是如此。人们仍然可能需要一段时间才能习惯选择性脑部手术的想法。谁想先尝试呢？