美國國防研究署公布大腦刺激裝置，可將學習能力提升 40%

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美國國防研究署公布大腦刺激裝置，可將學習能力提升 40%



人體大腦（圖：Matt Cardy/Getty Images）

美國國防高等研究計劃署（DARPA ）近日公布了一個大腦刺激裝置，可以將學習能力提高 40%。雖然該裝置一開始是用獼猴進行測試，研究人員稱這種裝置將來可以用於改變人體大腦中的功能性連接。

用電流刺激大腦

這種裝置可以像帽子一樣戴在頭上，利用電流刺激大腦的部分區域。實驗中，研究人員對獼猴實施「非侵入性經顱直流電刺激」（non-invasive transcranial direct current stimulation，tDCS），刺激大腦的前額葉皮層。然後讓獼猴執行一項聯想學習（associative learning）的任務。獼猴必須學習把一個視覺訊息和一個地點聯繫起來，從而得到獎賞。接收到視覺訊息後，獼猴將開始尋找獎賞。

研究結果顯示，對照組獼猴需要 22 次嘗試，才能學會看到視覺訊息後直接找到獎賞，而實驗組獼猴經過該裝置刺激後，只需要 12 次嘗試，就能學會這項技能。學習速度提高了 40%。

前額葉與其他腦區的連接

研究的首席科學家 Praveen Pilly 解釋說，實驗中之所以選擇刺激前額葉皮層，是因為此處控制人體許多執行功能，包括決策制定、意識控制和情景性記憶的獲取。前額葉皮層幾乎與所有其他腦區都形成聯繫，刺激它將產生廣泛的作用。

實驗中，刺激前額葉皮層改變了該區域與其他腦區之間的聯繫。正是這些增強的聯繫提高了獼猴的學習能力，而不是神經元發放頻率的功勞。Pilly 說，腦區之間高頻段的長距離連接增強，低頻段的連接減弱，這是提高學習能力的決定性因素。


應用前景

研究人員認為，經顱直流電刺激（tDCS）廣泛改變了大腦的活動性，這表明它可能是改變人體大腦功能性連接的有效方法，造價低廉，只需非侵入性操作。

這項研究是 DARPA 「恢復活躍記憶」（Restoring Active Memory，RAM）項目的一部分，實驗裝置由加州 HRL 實驗室、加拿大蒙特利爾麥吉爾（McGill）大學和紐約的 Soterix 醫療共同開發。

研究的初衷是創傷性腦損傷帶來的無法獲取記憶的問題。DARPA 希望開發出新的神經義肢技術，填補受傷大腦中的記憶斷層。最終目標是開發出可移植的無線界面，幫助腦損傷患者恢復記憶，重獲記憶功能。

註：經顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation, tDCS）是一種神經刺激方式，通過覆蓋在大腦外表面的兩塊電極，用恆定的低直流電刺激大腦。


經顱直流電刺激（圖：Laboratory For Neurobiology of Psychiatric Disorders, Hanoch Kaphzan, University of Haifa）


明日科學