大脑的“涡轮增压”？
同步特定的大脑振荡增强执行功能
罗伯特·莱因哈特称内侧额叶皮层为“大脑的警钟”。
波士顿大学心理学和脑科学助理教授莱因哈特说：“如果你犯了错误，这个大脑区域就会受到刺激。”“如果我告诉你出错了，它也会启动。如果有什么让你感到意外，它就会激发你。”在钢琴上弹一个酸涩的音符，内侧额叶皮层就会活跃起来，帮助你尽快纠正错误。对于健康的人来说，大脑的这个区域与附近的一个区域——外侧前额皮质——携手合作（或者可能是叶对叶），这是一个存储规则和目标的区域，在改变我们的决定和澳门威尼斯人注册行动方面也起着重要作用。
“这可能是大脑中涉及执行功能和自我控制的两个最基本的区域，”莱因哈特说，他使用了一种名为高清晰度经颅交流电刺激（HD-tACS）的新技术，将电极放在参与者的头皮上，刺激这两个区域。利用这项新技术，他发现，改善这两个区域之间脑电波的同步或振荡，可以增强它们之间的交流，从而使参与者在与学习和自我控制有关的实验室任务中表现得更好。相反，这些区域脑电波的不同步或中断时间会损害参与者的学习和控制自己行为的能力，莱因哈特可以通过改变他传递电刺激的方式来快速解决这个问题。2017年10月9日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的这项澳门威尼斯人注册网站研究表明，电刺激可以快速且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能够增强正常大脑功能的工具，可能有助于治疗从焦虑到自闭症的疾病。
“我们一直在寻找大脑活动和行为之间的联系——仅仅拥有其中一种是不够的。波士顿大学心理与脑科学教授大卫·萨默斯（David Somers）说，这是这项发现如此令人兴奋的部分原因。他没有参与这项澳门威尼斯人注册网站研究。萨默斯将这种刺激比作大脑的“涡轮增压”。“在大脑中搞砸事情真的很容易，但要真正改善功能要困难得多。”
最近的澳门威尼斯人注册网站研究表明，在内侧额叶皮层和外侧前额叶皮层的数百万个细胞群可能通过它们同步振荡的精确时间相互交流，这些大脑节律似乎以相对较低的频率发生（大约每秒4到8个周期）。虽然科学家们之前已经澳门威尼斯人注册网站研究过这些波，但莱因哈特是第一个使用HD-tACS来测试这些细胞群是如何相互作用的，以及它们的相互作用是否对学习和决策有用。在由美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院资助的工作中，Reinhart能够使用HD-tACS分离和改变这两个特定的大脑区域，同时还可以通过脑电图（EEG）记录参与者的脑电活动。
萨默斯说：“与之前的澳门威尼斯人注册网站研究相比，这项澳门威尼斯人注册网站研究的科学性更强、更精确。”
在他的第一轮澳门威尼斯人注册网站研究中，莱因哈特测试了30名健康参与者。每个实验对象都戴着一顶软帽，帽上装有刺激大脑活动的电极，同时附加的电极监测脑电波。(莱因哈特说，这个过程安全、无创、无痛。“前30秒会有轻微的刺痛感，”他说，“然后人们就习惯了。”)然后，在40分钟里，参与者进行一项估计时间的学习任务，当他们认为1.7秒过去了，就按下一个按钮。每一次，计算机都会给他们反馈：太快，太慢，或者刚刚好。
莱因哈特对30名参与者进行了三次测试，一次上调振荡，一次干扰振荡，一次什么都不做。在莱因哈特提高这两个大脑区域的同步度的测试中，人们学得更快，犯的错误更少，而且当他们犯了错误时，他们的表现调整得更准确。而且，当他转而打乱振荡并减少同步性——粗略地说，从“聪明”切换到“愚蠢”——受试者犯了更多的错误，学习速度也变慢了。效果是如此微妙，以至于人们自己没有注意到任务有任何改善或损害，但结果在统计上是显著的。
然后，莱因哈特在30名新参与者身上重复了这个实验，并增加了另一个澳门威尼斯人注册网站研究参数，即每次只观察大脑的一侧。在所有情况下，他发现大脑的右半球与改变行为更相关。
接下来是澳门威尼斯人注册网站研究中最有趣的部分。又有30多名参与者来尝试这个任务。首先，莱因哈特暂时干扰每个受试者的大脑活动，观察他们的脑电波是否同步，以及他们在任务中的表现是否下降。但这一次，在任务进行到一半的时候，莱因哈特改变了刺激的时间——再次将旋钮从“愚蠢”转到“聪明”。参与者在几分钟内恢复了他们最初的大脑同步和学习行为水平。
莱因哈特说：“我们对结果感到震惊，而且刺激的效果可以如此迅速地逆转。”
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氏症——都表现出紊乱的振荡。目前，大多数这些疾病都是用药物治疗的，这些药物作用于整个大脑的受体。“毒品真的很乱，”莱因哈特说。“它们通常会影响大脑的很大区域。”相反，他想象的是，未来有精确的目标大脑刺激，只作用于大脑网络的一个关键节点，“就像一把更精细的手术刀”。莱因哈特的下一步澳门威尼斯人注册网站研究将在焦虑症患者身上测试这项技术。
当然，这项技术也有望为健康的大脑带来什么。几家公司已经在销售脑刺激设备，声称既能提高学习能力，又能减少焦虑。YouTube上的视频展示了如何用双a电池和现成的电子产品自己制作，莱因哈特不鼓励这种做法。“你可能会伤到自己，”他说。“你可能会被烧伤，而且电流会在你的头上回响好几天。”
然而，他确实看到了其中的吸引力。“我在之前的澳门威尼斯人注册网站研究中有志愿者回来说，‘嘿，我在哪里可以得到一个这样的东西？我想在考试前做一下。’”他说。“那是在我们向他们询问情况之后，他们正在阅读有关此事的报纸。”
萨默斯指出，在这项技术成为主流之前，还有很多问题需要回答：这种效果能持续多久？你能把它做多大？你能从简单的实验室任务推广到更复杂的工作吗？“但最大的问题是，”萨默斯说，“这项技术能走多远。”
“想想任何一个工作日，”萨默斯说。“你需要在一次会议上真正‘投入’，所以你在午休时间留出一些时间来刺激大脑。我想很多人都会喜欢这种感觉——就像喝了三杯咖啡，没有一丝紧张。”
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