大规模侵入性手段绘制人类全脑电图

宾夕法尼亚大学的神经科学家小组根据近300名接受了电极植入手术的患者数据，构建了第一幅完整的脑电连接图。研究人员发现，当脑电波缓缓地上下移动时，低频的大脑活动节律主要驱动额叶、颞叶和颞叶这些记忆加工关键脑区之间的交流。

　　

这篇发表在《Nature Communications》的新文章隶属于“恢复活跃的记忆（Restoring Active Memory）”项目。由宾夕法尼亚大学心理学教授，国防高级研究计划“Agency's RAM”项目的首席研究员Michael Kahana领导。（Agency's RAM项目的终极目标是利用脑刺激增强记忆）

本研究目的是阐明大脑不同区域在记忆形成等认知过程中的交流方式。

采用非侵入性工具（如核磁共振成像）的大规模人脑记录研究已经有很多了，这种用直接的人脑活动记录大规模网络观察并不多见。科学家们需要耐心积攒神经手术患者。

几年来，宾夕法尼亚的研究小组从全国各地许多家医院终于凑齐了这些信息。研究人员让需要临床监视癫痫发作的患者们执行一项自由回忆任务：看屏幕上的单词，然后尽可能多地回想。

同时，研究人员还在快和慢两个尺度上（通常被称为低频和高频神经活动）检查了这些大脑活动。他们发现，当大脑有效地创建新记忆时，比如记住一个单词，大脑区域之间的巩固倾向采用慢波活动，相反，高频神经活动倾向于减弱区域间对话。

“我们发现，大脑区域之间的低频联通性与该位点的神经活动增强有关，”文章一作Ethan Solomon博士说。“这意味着，当一个人记忆新东西的时候，必须同时进行两个功能：相关大脑区域必须独立处理一个刺激，这些区域必须同时以低频神经活动相互通信。”

“理解记忆过程中的大脑网络激活，能指导我们更好地微调电刺激以提高记忆能力，”Kahana说。“我们现在准备试探，是否能用功能连结性测试指导我们应该选择哪部分脑区作为靶点进行电刺激。鉴于我们手中的数据集样本量，再花几年我们就能实现这一想法。”

本月初，RAM团队已经公开发布了一份大范围的颅内记录和刺激数据集，包含250名患者数千小时的记忆任务执行数据。此前，这项研究首次验证了，当记忆形成可能会失败时，给予电刺激就能改善人脑记忆功能。但是，在有效记忆起作用的期间，同样的电刺激也会对记忆本身形成干扰破坏。

“我们将使用这张全脑连接图，指导外伤导致的或年龄导致的记忆障碍患者脑刺激治疗，我们正在朝这一目标努力。”

原文检索：
Widespread theta synchrony and high-frequency desynchronization underlies enhanced cognition  Nature Communications 8, Article number: 1704 (2017)
doi:10.1038/s41467-017-01763-2

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