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腦區之間微電流的連結是建構記憶的關鍵
作者:駐美國台北經濟文化代表處科技組 現職:駐美國台北經濟文化代表處科技組
文章來源:https://www.sciencedaily.com/releases/2017/11/171122093036.htm
發佈時間:2018.04.19
賓州大學 (University of Pennsylvania) 的一組神經科學家根據近300名直接將電極植入大腦的神經外科手術患者的數據,構建了第一張全腦電流連結 (electrical connectivity) 圖。研究人員發現,當腦波電流在低頻震盪時,會驅動在記憶處理過程中扮演重要角色的額葉、顳葉和內側顳葉之間的交流。

這個研究是Restoring Active Memory (RAM) 項目的一部分,由美國國防高等研究計畫署RAM項目的心理學教授兼首席研究員Michael Kahana博士主導,本篇研究結果發表於Nature Communications中。
這項研究闡明了大腦不同區域在記憶形成等認知過程中互相連結的方式。儘管過去有許多研究使用非侵入性方式(像是fMRI)研究大腦網絡,但直接記錄大腦電流網絡的變化卻很少見,因為這些數據只能從神經外科的患者取得。
多年來,賓州大學的研究小組收集了來自全美各地多家醫院的資料進行研究分析,使研究人員能夠首次直接觀察到這些網絡。臨床研究人員在已植入電極的癲癇患者執行臨床監測的同時,請他們進行自由回憶任務 (free-recall memory task) 測試,要求他們在螢幕上看了一系列字詞後,可以不依照順序盡可能地回憶那些字詞。同時,研究人員觀察並紀錄低頻和高頻神經活動。他們發現,當一個人可以有效地創造新的記憶時,比如說記住某一個螢幕上的字詞,大腦腦區之間的連結增加,在低頻的活動增強而高頻的神經活動則相對減弱。
該文章的第一作者Solomon說到:「我們發現,大腦腦區的低頻連接與腦區的神經活動增加有關。這表示,為了形成新的記憶,兩件事必須同時發生:首先,單一腦區必須單獨處理新的刺激,然後這些腦區間必須以低頻互相溝通。」
Kahana博士表示:「更清楚了解在記憶處理過程中活化的大腦網絡後,我們能夠更好地調整電刺激,從而改善記憶能力。而現在我們的問題是,我們是否可以藉由量測功能性連結來協助我們選擇電刺激的目標腦區。」
前陣子,RAM小組公開發表了由植入性電極所得到的腦波記錄及電刺激的結果,其中包括來自250位患者執行數千小時記憶任務的數據。這個先前的研究首次發現,當他們預測記憶即將失敗時給予電刺激可以改善人腦的記憶功能。然而當同樣的電刺激在有效的記憶形成期間給予,則會破壞記憶的形成。
接下來,賓州大學的研究人員規劃研究他們最新發現的電刺激與功能性連結之間的相互作用。Daniel Rizzuto,賓州大學認知神經調控研究室主任說到:「在我們可以使用這些連結圖來協助有記憶障礙的患者,例如創傷性腦傷、阿茲海默症等,進行治療性大腦電刺激之前,我們還有很多相關的研究工作要完成,但是我們正在朝著這個目標努力中。」
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