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精确计时的大脑刺激提高了学习和记忆

发布:2018-05-14      点击:9

宾夕法尼亚大学的最新研究表明,精确计时的电刺激颞侧外侧皮层(红圈)可以可靠并显着地提高学习和记忆表现15%。蓝色圆圈表示用于记录大脑活动的电极位置,以确定何时应用微妙的脉冲。

宾夕法尼亚大学神经科学家团队的一项新研究表明,对大脑左侧精确计时的电刺激可以可靠且显着地提高学习和记忆表现高达15%。这是第一次建立这样的联系,这是朝着恢复活动内存这一目标迈出的重要一步。美国国防部赞助的项目旨在开发下一代技术,以改善记忆丧失的退伍军人的记忆功能。这项新研究发表在Nature Communications。

“我们的研究有两个新颖的方面,”宾夕法尼亚州立大学艺术与科学学院心理系高级数据科学家Youssef Ezzyat说。 “我们开发了一个系统来监测大脑活动并根据受试者的大脑活动作出响应性的触发刺激。我们还确定了一种应用刺激的新靶点,左侧颞叶皮质。“

在以前由心理学和RAM项目主任研究员兼教授Michael Kahana和认知神经调节主任Daniel Rizzuto领导的宾夕法尼亚大学研究小组的工作中,电脉冲定期提供,与受试者的学习成功无关。例如,在自由回忆记忆任务期间,研究人员在屏幕上呈现单词以供患者学习,并且他们将脑刺激与其他单词一起应用于努力改善结果。在这种情况下,刺激不是针对特定的脑活动模式。

在当前的研究中,他们采取了不同的方法,包括在任务期间实时监测患者的大脑活动。当患者观看并试图吸收单词列表时,计算机跟踪和记录大脑信号将根据这些信号进行预测,然后以安全的水平提示电脉冲,并且参与者不会感觉到他们最不可能记住新的信息。

“在患者观看的每个新单词期间,系统将记录和分析大脑活动,以预测患者是否有效地学会了它。当系统检测到无效学习时,触发刺激,关闭循环,“Ezzyat说。

刺激关闭后,系统会再次听到主体的大脑活动,等待下一个合适的机会来产生脉搏。

该研究涉及25位接受癫痫治疗的神经外科患者。患者参与了全国各地的临床,包括宾夕法尼亚大学医院,托马斯杰佛逊大学医院,德克萨斯大学西南分校,埃默里大学医院,达特茅斯 - 希区柯克医学中心和梅奥诊所。所有受试者已经将电极植入他们的大脑中,作为癫痫的常规临床治疗的一部分。

为了建立使用大脑活动进行预测的模型,每个参与者在Penn团队引入任何闭环刺激之前至少进行三次45分钟的会话期间执行自由回忆记忆任务;多次会议增加了与无效学习相关的大脑活动反映出真实模式而非意外昙花一现的信心。然后患者参加至少一次涉及脑刺激的会话。

Kahana说:“通过开发患者特定的,个性化的机器学习模型,我们可以对我们的刺激器进行编程,以便仅在预测内存失败时才发送脉冲,从而为此技术提供恢复记忆功能的最佳机会。这很重要,因为我们从早期的工作中知道,在功能良好的时期刺激大脑可能会使记忆变差。“

有了这一发现,四年的RAM项目更接近完全植入式神经监测和刺激系统。研究人员表示,他们相信这种刺激的治疗效果有很大的潜力,特别是对于患有创伤性脑损伤和阿尔茨海默病的人。

“现在我们更精确地知道了,”里祖托说,“在哪里刺激大脑,以增强记忆障碍患者的记忆力,以及何时刺激以最大化效果。”

托马斯杰佛逊大学医院临床研究调查员Michael Sperling补充说:“我们现在能够监测大脑何时偏离航向并使用刺激来校正轨迹。这一发现不仅让研究人员付出了不可思议的努力,而且我们的病人也非常努力,他们非常致力于参与这个项目,以便其他人能够得到帮助。“

出版物:Youssef Ezzyat等,“时间皮层的闭环刺激挽救功能网络并改善记忆,”Nature Communications第9卷,文章编号:365(2018)doi:10.1038 / s41467-017-02753-0

来源:宾夕法尼亚大学的Michele W. Berge