規律性腦波刺激恢復或增進老年人的工作記憶效能
工作記憶是人類大腦在處理資訊時，暫時存放訊息的地方，概念和電腦的記憶體 (RAM) 是一樣的道理。近期研究發現是導致阿茲海默症和老人癡呆的原因是因為工作記憶迴路的迅速退化，而造成退化的原因有可能是灰質白質的變化、大腦血流變化等等，而近期新假設發現腦區間的功能連通性損壞也是原因之一。
大腦在維持工作記憶的時候，在顳葉皮質 (temporal cortex) 的地方會出現 theta-gamma 波相幅耦合的現象 (theta-gamma phase-amplitude coupling, 簡稱 PAC)，而在額顳葉皮質 (frontotemporal cortex) 會出現 theta 波相同步 (theta phase synchronization)。PAC 被認為是反映區域性資訊處理和記憶儲存的行為，後者被認為是大腦和人類感官溝通，進而控制和分配資源以進行處理和儲存的行為。
本文章的假設是當區域性 (這裡指在顳葉區域) 和長距離跨腦區的迴路產生的 PAC 波形是去耦合性 (decoupled)，這會導致工作記憶無法正常運作，而透過非侵入性的電波給予 theta 和 gamma 波頻段同步耦合的刺激，可以暫時恢復工作記憶的效能。
實驗程序主要是讓受試者看螢幕上顯示的物體，分辨前後兩個物體是否是完全同樣還是略有不同。結果顯示老年人比起年輕人的反應時間緩慢，而且精確度 (答對次數) 更低。進行實驗的時候同時使用 EEG 測試了腦波的變化，發現年輕人在辨認過程中顳葉皮質區域有顯著的 PAC 出現，而相反的老年人則沒有出現顯著的腦波變化，他們也發現 PAC 越強的年輕人在辨認精確度上有更好的表現。接著他們用 HD-tACS (High-definition transcranial alternating-current stimulation) 對老年人的大腦進行高空間解析度的部位電流刺激，給予正常頻率的 PAC 並進行實驗發現精確度有顯著提升至與年輕人的程度，但反應時間卻沒有縮短。經過 25 分鐘的刺激之後，他們發現受試者的表現效能可維持 50 分鐘。對 EEG 的資料進一步分析發現 HD-tACS 的效果其實只對額顳葉皮質中的 theta 波有影響，對枕顳葉皮質的 gamma 波沒有影響，說明可能老年人枕顳葉中 gamma 波對年齡老化導致的退化有補償的功用。
作者推測 tACS 的刺激能作用的機制與 STDP 相關，透過刺激加強神經元之間的連結強度，但目前還不能完全確定這樣的機制是完全正確或符合的。最後也說明以後會繼續研究 tACS 刺激時間對大腦效能的影響，以及是否能對其他腦區塊負責的功能，例如記憶容量、更新，甚至到語言理解、數學計算能力、決策效率等等給予增強的功效。
撰稿：薛又齊
原文：Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits. Robert M. G. Reinhart & John A. Nguyen. Nature Neuroscience, volume 22 (2019).
網址：https://www.nature.com/articles/s41593-019-0371-x
大腦在維持工作記憶的時候，在顳葉皮質 (temporal cortex) 的地方會出現 theta-gamma 波相幅耦合的現象 (theta-gamma phase-amplitude coupling, 簡稱 PAC)，而在額顳葉皮質 (frontotemporal cortex) 會出現 theta 波相同步 (theta phase synchronization)。PAC 被認為是反映區域性資訊處理和記憶儲存的行為，後者被認為是大腦和人類感官溝通，進而控制和分配資源以進行處理和儲存的行為。
本文章的假設是當區域性 (這裡指在顳葉區域) 和長距離跨腦區的迴路產生的 PAC 波形是去耦合性 (decoupled)，這會導致工作記憶無法正常運作，而透過非侵入性的電波給予 theta 和 gamma 波頻段同步耦合的刺激，可以暫時恢復工作記憶的效能。
實驗程序主要是讓受試者看螢幕上顯示的物體，分辨前後兩個物體是否是完全同樣還是略有不同。結果顯示老年人比起年輕人的反應時間緩慢，而且精確度 (答對次數) 更低。進行實驗的時候同時使用 EEG 測試了腦波的變化，發現年輕人在辨認過程中顳葉皮質區域有顯著的 PAC 出現，而相反的老年人則沒有出現顯著的腦波變化，他們也發現 PAC 越強的年輕人在辨認精確度上有更好的表現。接著他們用 HD-tACS (High-definition transcranial alternating-current stimulation) 對老年人的大腦進行高空間解析度的部位電流刺激，給予正常頻率的 PAC 並進行實驗發現精確度有顯著提升至與年輕人的程度，但反應時間卻沒有縮短。經過 25 分鐘的刺激之後，他們發現受試者的表現效能可維持 50 分鐘。對 EEG 的資料進一步分析發現 HD-tACS 的效果其實只對額顳葉皮質中的 theta 波有影響，對枕顳葉皮質的 gamma 波沒有影響，說明可能老年人枕顳葉中 gamma 波對年齡老化導致的退化有補償的功用。
作者推測 tACS 的刺激能作用的機制與 STDP 相關，透過刺激加強神經元之間的連結強度，但目前還不能完全確定這樣的機制是完全正確或符合的。最後也說明以後會繼續研究 tACS 刺激時間對大腦效能的影響，以及是否能對其他腦區塊負責的功能，例如記憶容量、更新，甚至到語言理解、數學計算能力、決策效率等等給予增強的功效。
撰稿：薛又齊
原文：Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits. Robert M. G. Reinhart & John A. Nguyen. Nature Neuroscience, volume 22 (2019).
網址：https://www.nature.com/articles/s41593-019-0371-x
留言
張貼留言