想象一下，當您嘗試學習新事物時，無論是人名還是您的第 15 個電子郵件密碼，您的大腦都會獲得電刺激。這種微小的電擊會刺激神經元活動並使其集中注意力，從而提高您在需要時回憶起資訊的能力。
這種型別的可植入神經裝置不再純粹是科幻小說，也不再是《黑鏡》的一集。科學家們開發了一種裝置，當大腦似乎有忘記新資訊的風險時，它會用電刺激大腦。這項技術結合了一種稱為深部腦刺激 (DBS) 的技術和神經活動的即時監測，使參與者在記憶任務中的表現提高了多達 15%。
在 DBS 中，電流透過植入在戰略位置的電極輸送到大腦。該裝置已幫助控制帕金森病患者的震顫並阻止嚴重癲癇症患者的癲癇發作。科學家們現在正在探索 DBS 是否甚至可能有助於治療阿爾茨海默病。但早期關於 DBS 對記憶影響的研究結果喜憂參半——一些測試提高了表現，而另一些測試則導致了提高，而其他測試則導致了損害。
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不同的結果似乎很大程度上取決於刺激發生的位置和時間。在《自然通訊》雜誌上發表的這項新研究中，資深作者邁克爾·卡哈納 (Michael Kahana) 希望讓大腦自身的活動來指導刺激。“我研究記憶過程的電生理學多年了，在我看來，[我們應該] 使用大腦的電訊號來預測良好的記憶，以幫助我們瞭解如何刺激大腦，”賓夕法尼亞大學心理學教授卡哈納說。
卡哈納的團隊首先必須確定良好的記憶功能是什麼樣的。為此，研究人員招募了 25 名癲癇患者，他們的大腦中已經植入了電極以監測他們的癲癇發作。研究人員使用電極測量患者記憶單詞列表時的神經活動。然後，他們比較了患者正確回憶的單詞與他們忘記的單詞的大腦活動。大腦中稱為外側顳葉皮層（核心記憶網路的一部分）的區域的活動似乎可以預測患者是否會在以後記住該單詞。
然後，研究人員開發了一種軟體，可以即時判斷大腦這一部分的活動是否最適合記憶。如果軟體檢測到大腦處於不良學習狀態，它會觸發一個小的電脈衝來刺激該區域。DBS 中的電流通常是恆定的，但這種閉環 系統更像一個起搏器，僅在需要刺激時才刺激大腦。“我們正在核心記憶網路內誘導神經活動，而此時網路已經平靜下來，但本不應該如此，”卡哈納說。
儘管這項研究是在沒有記憶障礙的患者中進行的，但人們對使用 DBS 治療痴呆症的希望正在增加，尤其因為最有希望的阿爾茨海默病藥物臨床試驗繼續令人失望。“我認為這是一個非常令人興奮的發現，”約翰霍普金斯大學精神病學和行為科學教授格溫·史密斯說，他沒有參與這項工作。“這項研究在方法論上非常出色，並且在治療記憶障礙方面具有很大的潛力。”
加州大學洛杉磯分校神經外科教授伊扎克·弗裡德 (Itzhak Fried) 也沒有參與這項研究，他同意這些發現很有希望，但希望看到更多關於臨床影響的證據。“原則上，基於大腦某些神經反饋的刺激比標準的 DBS（單向道）更具優勢，”他在一封電子郵件中寫道。“然而，這種方法是否會產生更好的結果還有待觀察。”
多倫多大學神經外科主席安德烈斯·洛薩諾 (Andres Lozano) 與史密斯一起對阿爾茨海默病患者進行了多項使用 DBS 的臨床試驗，他說，使用間歇性刺激與持續刺激的優勢取決於預期的結果。“閉環適用於短時間內發生的事情——幾秒鐘。如果您對幾天或幾年內發生的事情感興趣，那麼閉環是否最有利就不是很清楚了，”他說。
在洛薩諾和史密斯的一項試驗中，65 歲以上的阿爾茨海默病患者接受持續 DBS 治療後，一年內的認知能力下降程度低於未接受治療的患者。DBS 還導致大腦葡萄糖代謝更高，洛薩諾說這是神經元功能改善的跡象。另一項小鼠研究表明，DBS 可以減少大腦中澱粉樣斑塊和 tau 蛋白纏結的存在——阿爾茨海默病的神經學特徵，被認為是神經退行性變的幕後推手。“如果目標是減緩阿爾茨海默病的進展，那麼我們可能需要持續刺激，”洛薩諾說。“我們正在利用大腦的內源性修復和生長機制，而刺激可以調動這些機制。”
其他研究人員希望進一步推進腦植入技術。南加州大學和維克森林大學的科學家們正試圖構建一種“記憶假體”，以產生與記憶相關的電訊號並將其輸入大腦。他們使用電極、計算機和複雜的數學模型，致力於解碼學習和記憶期間的大腦活動，以便在訊號被遺忘時重新建立訊號。到目前為止，科學家們已成功地從大鼠和猴子的學習活動中建立了與記憶相關的訊號，但他們尚未在人體中測試該技術。
與此同時，閉環刺激系統正在成為現實。NeuroPace 公司提供了一種獲得 FDA 批准的癲癇治療裝置。該植入物可以檢測大腦中預測癲癇發作的活動，然後發出電脈衝立即停止癲癇發作。
儘管迄今為止的研究都圍繞著改善患者的記憶力，但在我們這些只需要一點幫助的人中增強認知能力的想法也緊隨其後。神經技術公司 Kernel 的執行長 Bryan Johnson 表示，這些型別的腦假體有一天可能會改善我們所有人的認知能力。
加州大學洛杉磯分校的神經外科醫生弗裡德駁斥了將深部腦刺激用於像記住雞尾酒會上的人名這樣瑣碎的事情的想法。“這是一種侵入性技術，旨在治療神經系統疾病患者的損傷並減輕他們的痛苦，並且是一種醫療程式，應受到嚴格的臨床標準指導和監管，”他寫道。
然而，卡哈納對這個想法持更開放的態度。“我認為很多人擔心侵入性技術風險太高，無法想象在非常大的規模上部署。您可以想象，人們會不願意進行腦部手術來獲得一種可以提高他們認知功能的裝置，”他說。“但是，用於此類技術的腦部手術每年都變得越來越安全。[總有一天] 所謂的侵入性技術可能會變得足夠低風險 [以至於] 我們甚至不會再認為它們具有侵入性了。” 整容手術是司空見慣的日常——LASIK 也是如此。人們仍然可能需要一段時間才能習慣選擇性腦部手術的想法。誰想先嚐試呢？