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专家新研究:认知衰退、记忆力减退或将通过增强脑波波纹得到解决

时间:2019-07-11
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专家新研究:认知衰退、记忆力减退或将通过增强脑波波纹得到解决

专家新研究:认知衰退、记忆力减退或将通过增强脑波波纹得到解决

大脑活动的特定模式被认为是特定实施或计算的基础,这些实施或计算对于各种心理能力(例如记忆)是重要的。最近受到广泛关注的“大脑信号”被称为“尖峰波纹”一种短暂的波浪状高频振动。

研究人员最初发现海马是记忆和导航的重要区域,并且负责在人类睡眠期间将短期记忆转移到长期记忆中。 2012年,加州大学旧金山分校的神经科学家Loren Frank和布兰迪斯大学的Shantanu Jadhav进行了一项研究,结果显示这些涟漪在清醒时也会对记忆产生影响。研究人员利用电脉冲来破坏啮齿动物大脑中的涟漪,结果表明它们在记忆任务中的表现有所下降。然而,直到现在,没有人操纵涟漪来增强记忆力。

由纽约大学医学院的神经科学家Gy?rgyBuzsáki领导的研究人员已经做到了这一点。在6月14日出版的期刊《科学》上发表的一项研究中,研究小组发现延长大鼠海马中的尖锐波纹可以显着提高它们在测试工作记忆的迷宫任务中的表现。 “Scratch Pad”负责路径信息的动态组合和操作。 “这是一项非常新颖且有影响力的研究,”没有参与这项研究的Jadhav说。 “以如此精确的方式对生理过程进行'功能性获取'是很困难的。”除了揭示涟漪在特定记忆过程中的作用的新细节之外,这项工作最终可能导致记忆和学习干预的发展。残疾。影响。

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研究人员首先研究了老鼠在完成任务时记录的涟漪特征。这些涟漪源自多年实验中获得的数据库。他们发现,当老鼠不得不越过迷宫时,他们产生的长期涟漪比他们刚刚沿着赛道探索或跑步时产生的涟漪更多。毫无疑问,在迷宫中导航需要动员鼠标的记忆。

在M迷宫的任务中,受过训练的老鼠首先需要通过“M”形迷宫的右翼并在成功后获得糖果奖励;接下来,老鼠还需要找到通过左翼的通道。研究人员发现,成功完成测试的大鼠在试验中显示的脑电波明显长于那些无法找到出路的大脑。

Buzsáki说:“我们可以在大脑中记录一个非常简单的电子模型,判断动物是否表现良好,或动物是否在学习。”研究结果表明,在记忆密集型活动中,海马体就会产生。较长的涟漪和这些较长的延迟信号确实可以改善内存。

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件相比,这种“闭环”刺激基本上使波纹的持续时间加倍并且显着改善了大鼠的任务性能。

路线时它们是正确的80%,这比对照组中的小鼠快。研究人员还通过使用高强度光脉冲来阻止涟漪,从而确认记忆水平也会下降。弗兰克说:“我很高兴看到其他团队采用略有不同的方法并获得相同的结果。这种可重复性验证使我们能够更有信心继续朝着这个方向进行研究。”

为了研究涟漪的长度如何改善记忆性能,研究小组检查了相关神经元的特性。纹波不仅仅是随着时间推移而振荡的同一神经元的重复活动;相反,随着信号的继续,其活动扩散到更多的神经元。

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该团队观察到某些神经元在信号的早期或晚期倾向于“发射”,并且两者之间存在一些有趣的差异。其中,“早期”神经元是具有高基线活性的“隐喻神经元”,而“晚期”神经元较慢且具有较低的平均活动。 Buzsáki解释说“快速发射的神经元与健谈的人类似,并且在大多数情况下它们都很活跃。另一个神经元类似于一个更稳定的人。虽然他们说话不多,但他们每次都说话。有重要的见解。“

海马体包含专用于导航的神经元,称为“位置”细胞,当动物处于特定位置时,其被激活。研究人员发现,在长波纹(自发或人工延伸)的晚期阶段,神经元活动对位置更敏感,这些触发点通常位于迷宫的左翼和右翼。以前的研究表明,涟漪的一个功能可能是“重放”记忆。新发现支持这一观点,并表明延长纹波会引入额外的神经元以产生其活动与当前任务相关的信号。 Jadhav解释说:“当波纹的持续时间延长时,大脑可能会重新激活动物大脑中的细胞以进行路径选择。这可以是用于对所有可用路径进行认知搜索的机制,并且可以读取其他大脑区域。这些路径相应地起作用。“

研究人员希望这项工作最终将有助于开发治疗阿尔茨海默病中与年龄相关的认知能力下降或记忆问题的方法。学习困难也可以解决。这些实验中的技术难以应用于人类,因为它们具有侵入性并涉及遗传操作,但Buzsáki说他们正在研究非侵入性方法。波士顿大学神经科学家罗伯特莱因哈特在今年4月发表的一项新研究中,使用了一种较弱的电流应用于老年人的头皮,以改善工作记忆表现,同时在不同的皮质区域具体。 (θ)频率的振动之间存在更大的同步性。莱因哈特说:“(Buzsáki团队)的出色工作与我在实验室进行的研究有着有趣的联系。系统和认知神经科学研究正在为基础科学奠定重要基础,可能用于预防和治疗。脑疾病开放一种全新的基于循环的治疗方法。“

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现有的非侵入性方法,例如Reinhart研究中使用的经颅磁刺激(TMS)或经颅电刺激(TES)技术,存在的问题是它们不能穿透大脑,使得难以操纵深海马中的信号。来自大脑深处的非侵入性记录更加棘手。一种可能的解决方案是推断海马体何时从记录在大脑表面上的活动起波纹。弗兰克说:“在涟漪出现之前,可能会有一种非常特殊的前额叶活动模式,可用作预测海马皮质涟漪的基础。但我们还没有真正弄清楚这种前额叶活动的细节。 “

此外,使用这些技术来改变皮质活动可能会影响海马活动。 Buzsáki说:“我们知道这些尖峰会受到(特定的)新皮质模式的影响。事实上,许多公司都试图通过改变大脑皮层的模式来影响记忆。”最后,可以使用侵入性方法,类似于用于检测和干预癫痫发作的植入物,或用于检测或操纵波纹,或两者。甚至可以结合侵入性和非侵入性方法。弗兰克说:“只要你能测量这些信号并想出一些方法来控制它们,大脑系统就有可能更好地运作。我们面临着充满各种可能性的未来。”

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签名作者

https://www.scientificamerican.com/article/better-memory-through-electrical-brain-ripples/

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