【背景分析】
人的記憶是怎么形成的?簡(jiǎn)單的說(shuō)：信息先進(jìn)入短時(shí)記憶系統(tǒng)，然后再轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)時(shí)記憶。短時(shí)記憶就像內(nèi)存，長(zhǎng)時(shí)記憶就像硬盤(pán)。所以要想提高記憶力，就需要提高內(nèi)存容量，也就是短時(shí)記憶上想辦法。
【研究進(jìn)展】
德國(guó)奧爾登堡大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康科學(xué)學(xué)院的約翰內(nèi)斯·沃斯庫(kù)爾(Johannes Vosskuhl )和勒內(nèi)·J·赫斯特(René J. Huster)教授，在《frontiers in Human Neuroscience》(人類(lèi)神經(jīng)科學(xué)前沿)發(fā)表了關(guān)于短時(shí)記憶，即short-term memory(STM)和腦波(主要是θ波和γ波)的關(guān)系，并提出利用經(jīng)顱交流電(tACS)技術(shù)干預(yù)，通過(guò)影響大腦θ波和γ波，提升短時(shí)記憶的方法。
小貼士：奧爾登堡大學(xué)簡(jiǎn)介
奧爾登堡大學(xué)(Carl von Ossietzky Universität Oldenburg)是德國(guó)的一所著名的綜合類(lèi)大學(xué)，位于德國(guó)下薩克森州，成立于1973年。醫(yī)學(xué)及健康科學(xué)學(xué)院于2012年成立，與我國(guó)同濟(jì)大學(xué)，武漢大學(xué)等保持著良好的科研合作關(guān)系。
【短時(shí)記憶和腦波的關(guān)系】
腦波就是腦電波，它是神經(jīng)元細(xì)胞之間傳遞信息時(shí)產(chǎn)生的生物電信號(hào)。早在1929年，德國(guó)精神科醫(yī)師漢斯?柏格(Hence Berge)首次發(fā)表腦電波圖(electroencephalogram，EEG)，其中提及人腦主要有五種不同的腦波：α波(阿爾法波)、β波(貝塔波)、γ波(伽瑪波)、δ波(德?tīng)査?和θ波(西塔波)。其中，θ波主要在3~8Hz，γ波一般在30Hz以上。
約翰內(nèi)斯·沃斯庫(kù)爾(Johannes Vosskuhl )和勒內(nèi)·J·赫斯特(René J. Huster)教授提出了一個(gè)模型(gamma/theta ratio and WM/STM)，用來(lái)解釋θ波和γ波，和短時(shí)記憶之間的關(guān)系。
如上圖所示，圖A中θ波為7Hz、γ波為42Hz情況下，短時(shí)記憶個(gè)數(shù)為6(span);圖B中θ波從7Hz降低到6Hz，γ波仍為42Hz，此時(shí)短時(shí)記憶個(gè)數(shù)為7(span)，而θ波從7Hz降低到6Hz，正是tACS干預(yù)后的結(jié)果。
【tACS干預(yù)短時(shí)記憶的試驗(yàn)】
工作人員邀請(qǐng)了35名學(xué)生(實(shí)際完成試驗(yàn)的為33人)參與試驗(yàn)，其中男生19名，女生14名。將33名學(xué)生分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，試驗(yàn)組采用tACS干預(yù)20分鐘，對(duì)照組采用外形相同的設(shè)備，但設(shè)備無(wú)法對(duì)腦波進(jìn)行干預(yù)。
如上圖所示，圖A表示試驗(yàn)方案，分為三個(gè)階段，包括干預(yù)前(pre)、干預(yù)中(stimulation)和干預(yù)后(post)，每個(gè)階段包含短時(shí)記憶測(cè)試(深灰色部分)和工作記憶測(cè)試(淺灰色部分)。圖B為EGG腦電采集的點(diǎn)位，用來(lái)測(cè)量腦波變化。
【結(jié)果分析】
上圖為試驗(yàn)中短時(shí)記憶和工作記憶測(cè)試成績(jī)。圖A為短時(shí)記憶測(cè)試成績(jī)(有兩個(gè)項(xiàng)目，分別是forward和backward)，其中空心黑色和灰色圓圈，代表試驗(yàn)組(tACS干預(yù))成績(jī)，實(shí)心黑色和灰色圓形，代表對(duì)照組(偽刺激)組該測(cè)試成績(jī)。
可以看到在干預(yù)前(pre)，試驗(yàn)組和對(duì)照組成績(jī)相似;干預(yù)中(stim1、stim2、sitm3)可以明顯看到兩項(xiàng)測(cè)試中，試驗(yàn)組成績(jī)均高于對(duì)照組;干預(yù)后(post)試驗(yàn)組和對(duì)照組成績(jī)趨于相近。
圖B為工作記憶測(cè)試成績(jī)，其中黑色圓環(huán)表示試驗(yàn)組(tACS干預(yù))測(cè)試成績(jī)，實(shí)心黑色圓形表示對(duì)照組(偽刺激)組測(cè)試成績(jī)，成績(jī)計(jì)算方法為正確率-錯(cuò)誤率。能看出干預(yù)前、干預(yù)后，試驗(yàn)組和對(duì)照成績(jī)都有提高，雖然試驗(yàn)組成績(jī)優(yōu)于對(duì)照組，但這種趨勢(shì)(連線(xiàn)斜率)并不明顯，說(shuō)明tACS對(duì)工作記憶的影響并不顯著。
上圖為測(cè)試前后，通過(guò)EGG采集腦電后，相應(yīng)腦區(qū)的腦電變化趨勢(shì)。其中紅色為試驗(yàn)組(tACS)數(shù)據(jù)，藍(lán)色為對(duì)照組(偽刺激)數(shù)據(jù)。圖A為干預(yù)前數(shù)據(jù)，圖B為干預(yù)后數(shù)據(jù)，圖C為干預(yù)前后腦電變化的趨勢(shì)(變化趨勢(shì)以曲線(xiàn)表示，曲線(xiàn)波動(dòng)越大，說(shuō)明變化越明顯)，灰色區(qū)域表示θ波的范圍(4~8Hz)。
可以看出，干預(yù)前后，試驗(yàn)組腦電產(chǎn)生了明顯變化;而在對(duì)照組中，則看不到這樣的變化。(圖C中，紅色曲線(xiàn)出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)，藍(lán)色曲線(xiàn)波動(dòng)則不明顯。)
【研究結(jié)論】
綜述所示，兩位教授認(rèn)為：通過(guò)tACS干預(yù)，可以讓θ波出現(xiàn)明顯變化，提高短時(shí)記憶能力，增強(qiáng)記憶力。
鑒于tACS對(duì)短時(shí)記憶有顯著提高作用，而tDCS對(duì)工作記憶作用更明顯，基于該研究結(jié)論，后來(lái)奧爾登堡大學(xué)開(kāi)發(fā)了將tACS和tDCS相結(jié)合，全方面提高認(rèn)知的產(chǎn)品，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。
【參考文獻(xiàn)】
Vosskuhl J, Huster R J, Herrmann C S. Increase in short-term memory capacity induced by down-regulating individual theta frequency via transcranial alternating current stimulation[J]. Frontiers in human neuroscience, 2015, 9: 257.
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