從診斷大腦疾病到增強認知能力 “百歲”腦電圖為人類帶來巨大福祉

腦電圖于百年前面世。百年來，它對科學家研究人腦的方式產(chǎn)生了深刻影響。

美國鮑登學院神經(jīng)科學與心理學副教授埃里卡·尼胡斯在澳大利亞新聞網(wǎng)“對話”上撰文指出，自首使用以來，腦電圖塑造了研究人員對包括感知和記憶在內(nèi)的多種認知功能的理解，對診斷和治療包括癲癇在內(nèi)的多種腦部疾病發(fā)揮了重要作用。

大腦的鏡子

1924年7月6日，德國精神病學家漢斯·伯杰首記錄到人腦的能量活動，這種能量活動后來被命名為腦電波。當時的那張腦電波記錄圖也成為人類歷史上第一張腦電圖。

1929年5月，腦電圖領域首期出版物《人類腦電圖的使用》在《精神病學檔案》雜志發(fā)表。

伯杰的第一張腦電圖是在一次神經(jīng)外科手術中記錄的，患者是一位17歲的男孩。這次記錄的腦電圖極其粗糙，毫無波形，難以辨認。為此，伯杰等了整整5年，直到技術成熟，波形清晰后，才敢發(fā)表第一篇文章。

為了完善腦電圖，伯杰在自己兒子頭上實驗了73次，還在自己頭上做了56次腦電圖。在伯杰眼里，腦電圖就是大腦的鏡子，可反映大腦里的活動。

腦電圖的橫空出世，讓人們可以直觀地觀察到腦細胞的自發(fā)性、節(jié)律性電活動。這場革命為癲癇、腦部疾病、精神疾病患者的診斷和治療帶來了曙光。

英國生理學家、諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者埃德加·道格拉斯·阿德里安評價伯杰的研究為“神經(jīng)生理學領域至關重要的研究”。阿德里安表示，腦電圖是一種全新的診斷方法，它已經(jīng)成為歐洲和美洲許多研究的起點。

記錄神經(jīng)振蕩

當許多神經(jīng)元同時活躍時，它們會產(chǎn)生足夠強的電信號，瞬間通過大腦、頭骨和頭皮的導電組織傳播。放置在頭部的腦電圖電極可以記錄這些電信號。

自腦電圖問世以來，研究人員已經(jīng)證明神經(jīng)活動會以特定頻率振蕩。1924年，在第一張腦電圖中，伯杰注意到頻率為8到12赫茲的神經(jīng)振蕩活動占主導地位，并將其稱為阿爾法振蕩。自從阿爾法節(jié)律“現(xiàn)身”以來，研究人員已經(jīng)開展了諸多試驗，以理解神經(jīng)元如何振蕩以及為什么振蕩。

研究人員認為，神經(jīng)振蕩對大腦特定區(qū)域之間的有效交流非常重要。例如，頻率為4到8赫茲的西塔振蕩對于動物和人類大腦中參與記憶編碼和檢索的區(qū)域之間的通信至關重要。他們隨后開展了試驗，以弄清楚是否可以改變神經(jīng)振蕩，從而影響神經(jīng)元之間的交流方式。結(jié)果顯示，許多行為和非侵入性方法可以改變神經(jīng)振蕩，影響認知表現(xiàn)。

腦電圖還催生了大腦如何處理信息方面的多項重大發(fā)現(xiàn)，揭示了人類如何感知周圍世界，如何集中注意力，如何用語言交流，以及如何處理情緒等方面的諸多秘密。

幫助診斷和治療

尼胡斯指出，如今，腦電圖通常用于診斷睡眠障礙、癲癇，以及抑郁癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病，并指導大腦疾病的治療。

例如，研究人員使用腦電圖，觀察無創(chuàng)大腦刺激是否有助改善記憶力。盡管這項研究仍處于初級階段，但已取得了一些有希望的結(jié)果。其中一項研究發(fā)現(xiàn)，25赫茲伽馬頻率的無創(chuàng)大腦刺激可以改善阿爾茨海默病患者記憶和神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞。

一種新型非侵入性大腦刺激可利用兩個高頻刺激來引起神經(jīng)活動。高頻刺激可以更好地穿透大腦并到達目標區(qū)域。研究人員使用2000赫茲和2005赫茲高頻刺激，向人腦的關鍵記憶區(qū)域海馬體發(fā)送5赫茲的西塔頻率。結(jié)果顯示，這一方法能使人根據(jù)人臉特征，更好地記住人名。

研究人員對導致自閉癥的大腦機制仍知之甚少。但美國哈佛醫(yī)學院和波士頓兒童醫(yī)院科學家開展的一項研究顯示，通過腦電圖技術檢測到的自閉癥兒童腦電波差異，是自閉癥譜系障礙病理生理學的核心特征之一。美國斯坦福大學和得克薩斯大學研究人員則使用腦電圖，發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者存在一種腦電波特征，這使他們能夠預測抑郁癥患者對特定藥物是否有反應。

腦電圖為人類帶來巨大福祉。在《自然·人類行為》雜志委托進行的一項調(diào)查中，500多名腦電圖研究人員展望了這項技術的未來。包括尼胡斯在內(nèi)的一些研究人員預測，科學家將使用腦電圖來診斷特定大腦疾病，并提出治療方法。其他人則預計，腦電圖將被廣泛用于增加人們的認知能力，或無縫集成到虛擬現(xiàn)實應用設備中。