脑部深层刺激对记忆究竟是好是坏？

临床上，“脑部深层刺激”已被用于帕金森氏症的治疗，其他若干疾患也试图以“脑部深层刺激”作为治疗方式。有没有可能以“脑部深层刺激”来改善受损的记忆功能呢？

自第一个以“脑部深层刺激”(deep brain stimulation)治疗帕金森氏症的研究问世至今已将近三十年，这之中多数研究都发现脑部深层刺激对于治疗帕金森氏症有相当不错的成效，是以多个国家都已核准在临床上使用脑部深层刺激作为帕金森氏症的治疗方式。同时，不少研究也试图寻找以脑部深层刺激来作为其他疾患的治疗方法的可行性，这些疾患包括自发性震颤(essential tremor)、癫痫、慢性疼痛、阿兹海默氏症、重郁症、创伤后压力症候群、强迫疾患、物质成瘾、意识疾患…等。那么，“脑部深层刺激”到底是什么？简单来说，这是一种直接以微弱的电流刺激大脑，改变大脑神经元活动状态的技术。临床上，医师会先透过手术将微小的电极埋到病患大脑深处的特定位置，之后再透过外部仪器控制这些电极发出微电流脉冲。其实，研究人员也一直想知道如果对人类的海马回或其它和记忆有关的大脑区域施予直接电刺激时，对记忆功能会发生什么样的影响注1。因为这不但能帮助我们对于人类记忆的运作模式有更深的理解，也能够为记忆功能受损的病患发展出新的治疗方式。但奇怪的是，这些年来相关研究所得到的研究结果非常地不一致，或甚至出现不少互相牴触的结果。举例而言，2012年发表在《新英格兰医学期刊》的一项研究中，使用脑部深层刺激趁着实验参与者进行空间学习时，对实验参与者的内嗅皮质(entorhinal cortex)注2施予刺激后，参与者的空间记忆变好了。但在另一个研究中，实验参与者同样在进行空间学习时接受内嗅皮质和海马回的脑部深层刺激，他们的记忆表现却比没有接受刺激时变得还差。还有另一个研究，分别在参与者学习、回忆、学习之后回忆之前的空档这三个不同的时段对参与者的内侧颞叶施予刺激，结果发现只有在学习后、回忆前这段期间刺激，才会使参与者的记忆变差。这些研究的结果好像非常地混乱，这是怎么一回事？一项发表于《当代生物学》的最新研究，或许能解开这个疑惑。在这个最新的研究中，研究者首先纪录参与者在试图记下一连串字词时颅内脑电波(intracranial electroencephalography)的讯号。过往研究已经发现，参与者事后能/不能回忆起一个字词，可以从他们试图记下这些字词时的脑电波状态看出端倪。如果脑电波的高频(high-frequency)功率(power)有所增加且伴随低频功率的降低，参与者之后便很有可能可以回忆出这个词;相反地，如果脑电波的高频功率降低伴随着低频功率的增加，参与者之后便很有可能会想不起这个词。研究者便以此为基础，训练电脑区分出参与者成功记住字词时的脑电波讯号是什么样的型态、没有成功记住字词时的脑电波讯号又是什么样的型态。而且，在字词出现前一小段时间的脑波型态，就已足够供电脑准确地预测参与者是否能记住一个字词，显示彼时就已经存在有‘适合’和‘不适合’记忆形成的脑部状态的差别。在后半段的实验中，参与者进行了另一阶段的记忆实验。与前半段实验不同的是，在这后半段的实验中，参与者在试图记住字词时，他们脑内的电极会给予脑部50赫兹的电刺激(这些电极的位置位于内侧颞叶或前额叶)。虽然若只看全体参与者的平均值，脑部深层刺激确实使得参与者记住的字词变少了一些。但若进一步分析便会发现，事情没有那么简单。在字词出现之前，若参与者的脑波型态处于适合记忆形成的状态，脑部深层刺激对这个最佳状态会造成干扰，导致参与者记不住这个词。但是若在接受脑部深层刺激前大脑正巧处于不适合或不利于记忆形成的状态，脑部深层刺激却是会使脑部转换成适合记忆形成的状态，于是参与者便记住了这个词。简言之，脑部深层刺激并非只是单纯地使记忆功能变好或变差而已，还牵扯到施行刺激时大脑的状态为何。若是原本状态大好，便会被破坏;若是原本状态不佳，便会获得改善。目前仍不知道的是，如果以后能够及时侦测实验参与者的脑电波并即时将其加以分析，并且只在遇到不利于记忆形成的状态时给予脑部深层刺激，这样是否就能让参与者的记忆有趋近于完美的表现呢？注1：这类实验的实验参与者来源非常有限。因实验伦理之故我们不可能单纯为了进行实验便动手术把电极置入参与者的头颅之中，所以研究者只能招募颅内原本就已经置入电极者来参与实验。目前这类实验的参与者几乎都是顽固型癫痫(intractable seizure)患者-患者的癫痫无法以药物控制，只能采取侵入性的治疗方式。而植入电极便是为了在治疗前确认癫痫确切的病灶。注2：内嗅皮质位于内侧颞叶，与海马回于结构上和功能上都有紧密的连结，是维持记忆功能正常重要的区域之一。参考文献：Ezzyat， Y.， Kragel， J. E.， Burke， J. F.， Levy， D. F.， Lyalenko， A.， Wanda， P.， … Kahana， M. J. (n.d.). Direct Brain Stimulation Modulates Encoding States and Memory Performance in Humans. Current Biology. doi:10.1016/j.cub.2017.03.028Hanslmayr， S.， & Roux， F. (2017). Human Memory: Brain-State-Dependent Effects of Stimulation.Current Biology， 27(10)， R385–R387. doi:10.1016/j.cub.2017.03.079Jacobs， J.， Miller， J.， Lee， S. A.， Coffey， T.， Watrous， A. J.， Sperling， M. R.， … Rizzuto， D. S. (2016). Direct Electrical Stimulation of the Human Entorhinal Region and Hippocampus Impairs Memory.Neuron， 92(5)， 983–990. doi:10.1016/j.neuron.2016.10.062Lyons， M. K. (2011). Deep Brain Stimulation: Current and Future Clinical Applications. Mayo Clinic Proceedings， 86(7)， 662. doi:10.4065/mcp.2011.0045Merkow， M. B.， Burke， J. F.， Ramayya， A. G.， Sharan， A. D.， Sperling， M. R.， & Kahana， M. J. (2017). Stimulation of the human medial temporal lobe between learning and recall selectively enhances forgetting. Brain Stimulation: Basic， Translational， and Clinical Research in Neuromodulation，10(3)， 645–650. doi:10.1016/j.brs.2016.12.011Suthana， N.， Haneef， Z.， Stern， J.， Mukamel， R.， Behnke， E.， Knowlton， B.， & Fried， I. (2012). Memory Enhancement and Deep-Brain Stimulation of the Entorhinal Area. New England Journal of Medicine， 366(6)， 502–510. doi:10.1056/NEJMoa1107212