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植入记忆假体再造记忆能力

在大脑海马体植入“记忆假体”,能“提醒”发生记忆故障的大脑,重获记忆力。通过植入一种被称为“记忆假体”的装置,就能再造记忆能力?这不是天方夜谭。最近,美国科学家正在进行的一个大脑海马体植入电极装置实验,在未来也许能够成为记忆功能损伤病患的福音。广州市脑科医院神经内科郑东教授在接受本报采访时表示,如果这项技术被确证能有所突破,未来对老年痴呆症患者的帮助会更大。

美国科学家正在对15名有癫痫症状的志愿者进行试验,测试一种用来恢复脑损伤病人记忆的植入设备。这种被称为“记忆假体”的植入物,能“提醒”发生记忆故障的大脑,重新获得记住事情的能力。此前,科学家已成功在实验鼠和猴子身上进行了类似实验。

科学家们的设计思路是将这种设备植入大脑的海马体内。海马体被认为是大脑的情感和记忆中心。部分癫痫患者海马体的记忆能力遭到破坏,当这种设备工作时,它会首先“观察”某一记忆在一部分海马体内运作的路径是怎样的,随后刺激其他部位的海马体,尝试通过刺激,让其他部位的海马体也能重复记忆的过程。

在6月初纽约举行的“2045未来世界大会”上,美国南加州大学生物医学工程学教授西奥多?伯杰演示了这种“记忆假体”。报道称,该设备由几套不同的电极组成,一套电极会记录下正在形成记忆时海马体电信号的变化,并发送给外部的计算机。计算机将这一过程数字化。接下来,这台计算机再指导第二套电极刺激另一层海马体,以生成同样的信号反应。伯杰说:“我们所做的不是将记忆的内容本身放回大脑内,而是在大脑内重新‘放入’生成记忆的能力。”

在志愿者身上进行的实验表明,该植入物可通过监测癫痫患者大脑内电活动的程度,判断病人处于高、中、低哪个风险级别,从而在癫痫发作前给出警示。报道乐观地指出,该设备有望于十年内推向市场,癫痫患者或许可以最先获益,该设备最终或也能治疗阿尔茨海默病及其他痴呆症病患。有科学家认为,该研究有望跻身2013年十大技术突破行列。

记忆能力是如何通过这个“假体”得到修复的呢?这套设备简单来说,用的是一种电刺激疗法,在旧的神经元细胞记忆能力遭到破坏的情况下,通过刺激新的神经元细胞,重新唤起大脑记忆的能力。”郑东说。在他看来,这个所谓的“假体”,不是科幻电影里能储存记忆的“胶囊”或者“U盘”。“电影对记忆的这种理解,是文学的而非科学的。现实中是不可能做到随时提取记忆,或者对记忆内容本身加以修复。这套设备的核心是试图通过电刺激来重建大脑能够记住东西的能力,当然这不意味着已经忘掉的事情能再想起来。

电刺激的方式听起来好像有点玄,但其实在临床上早已经开始运用。“举例说,我们最熟悉的心脏起搏器就是按照类似的原理在工作,它能按照规定的程序发出电脉冲,通过导线及电极刺激心脏,使之搏动,从而可以辅助治疗某些严重的心律失常问题。我们平时用的理疗仪器中,有一些也是在用电疗的方式,以消除关节、肌肉、神经等方面的不适。”

早在上世纪90年代,临床上已经开始用脑深部电刺激疗法来改善帕金森患者动作迟缓和震颤这两种症状。医生通过手术,将被称为“脑起搏器”的电极装置植入大脑,在体外可对电流进行调控,以改善肌张力高和震颤的症状。“过去很多治疗帕金森病、癫痫的药物本身有很大的副作用,比如会造成肝肾功能损害、胎儿畸形等,外科手术切除病灶的方式也会给病患带来很大伤害。相比之下,脑深部电刺激治疗带来的伤害其实是比较小的。”郑东说。

对大脑基底节区的电刺激很早就开展了。现在美国的这项实验研究在海马体这个位置展开,可谓是脑深部电刺激疗法在新领域的探索。大脑海马区是帮助人类处理长期学习与记忆声光、味觉等事件的主要区域。“它本身是一个非常古老、构造也相对简单的区域,很多低等动物都有海马体,如狗,在离开主人多年后,仍能辨识出主人的气味,起作用的正是海马体储存记忆的能力。对这一区域的构造,科学家们已经有比较全面的了解。”

从上世纪50年代开始,科学家就已经注意到大脑海马区与记忆间的关系,但却一直无法把记忆与海马区之间的神经活动相联系。海马区的神经细胞是如何把信息固定下来的?这个问题长期没能解决。到了最近十年,科学家才发现一些分子能参与到记忆的形成过程中。此外,神经细胞突触的形成也与记忆相关联。美国哈佛大学与纽约大学的科学家正是利用电极逐渐解开了海马区的运作机制。

研究人员利用电极监控学习中的猴子大脑神经活动的情形。之后,再用研发出来的“动态评估演算系统”分析记录其行为与神经信息。在研究进行的过程中,研究人员每天都让猴子观看由四个类似物体重叠的复杂影像。当猴子通过学习知道各影像的位置时,就可以得到奖赏。与此同时,研究人员观察猴子海马体内神经元的活动情况,结果,他们发现,有些神经细胞活动的改变曲线与猴子学习的曲线平行。这表示这些神经元与新的联想记忆形成有关。而由于这些神经活动在猴子停止学习后仍然有持续进行的现象,研究人员因此推测其中的部分细胞应该与长期记忆的形成有关。阿尔茨海默病患者正是由于海马区受损明显,导致患者记忆能力严重下降。

之所以提倡关爱癫痫患者,主要是这一病症经常被大众所误解,患者常会被社会歧视。癫痫是非常古老的神经系统症状,就像发电厂的电流出现异常波动会导致设备损坏一样,我们大脑的神经元细胞也会突发性地异常放电,比如电流突然异常变大而失控,这会干扰正常思维,造成短暂的大脑功能障碍。严格来说,它是一种症状,而根本的病因则需要更深入的诊断。只有少数我们难以找到病因的癫痫,才称之为癫痫症。长期的癫痫发作会导致包括海马区在内的神经细胞形态和功能发生改变,从而影响部分记忆能力。如果单从记忆角度来看,由癫痫造成的记忆损伤,其实远不如阿尔茨海默病,也就是老年痴呆症来得严重。后者神经细胞凋亡的过程更为严重,对记忆能力的损伤也更为严重

历史上不少名人都有癫痫的问题,凯撒大帝就是其中著名的一位。严重的患者,不一定记性不好,但会出现思维黏滞的情况,他会听你讲道理,最后也认可你的说教,但转头就按自己原来的想法行动,不能跳出固有思维的圈子。因此,真正需要通过外科手术的方式来治疗的癫痫患者不到5%。不到万不得已,医生也不会采取切除海马体的治疗方式。但无论如何,新技术的出现还是为有记忆损伤的癫痫患者的治疗方案提供一种可能性。

记忆是个复杂的过程,其形成不单单是海马体一个区域在起作用,大脑多个部位其实都和记忆有关。美国科学家们的创新之处在于将电刺激用在了以前没有触及的海马区。如果科学家能进一步改进‘记忆假体’,更精确地定位于海马体负责记忆的功能区,那就有望通过‘记忆假体’的治疗,唤醒部分健全的神经细胞,承担记忆功能。那样的话,在解决老年痴呆症记忆能力损伤方面将是一个很大的进步,这个进步无疑会令人欢欣鼓舞


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