超级英雄越来越受到全世界人民的喜爱和欢迎,你是否也希望自己能够像美国队长一样,通过注射超人血清这样的神奇药物,从一个瘦弱的爱国青年变成一个具有高度的智能、常人远所不及的力量、敏捷、敏锐度、体格的超级英雄呢?

虽然长时间以来科学家们已经发现我们可以通过训练达到人类体能、智力或者记忆力的提升,但是这种训练往往需要持续数月或者数年的时间,并且训练的效果也仍存在争议。因此科学家们越来越推崇一种具有悠远历史却又全新兴起的“黑科技”——经颅直流电刺激技术。它可以在短时间内快速提高人类的运动能力甚至记忆力、情绪调节等高级认知能力。

那么经颅电刺激技术到底是一项什么技术,它又有哪些神奇的魔力能够让越来越多的科学家为之倾倒呢?经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)是一种非侵入性的,利用恒定、低强度直流电(1~2 mA)调节大脑皮层神经元活动的技术。电刺激作为一种神经疗法在两千年前即有应用。古罗马医生斯克里波尼乌斯·拉杰斯曾用电鳐鱼放电给他的病人缓解各种症状,包括痛风和头疼,古人的脑洞也是非常大啦。乔万尼·阿尔狄尼报道自己在1804年用直流低强度电流治愈过忧郁症患者。

随着人类对大脑认识的发展,经颅直流电刺激技术也逐步成熟。1998年Prior等发现,微弱的经颅直流电刺激可以引起皮层双相的、极性依赖性的改变,随后Nitsche的研究在运动皮层证实了这一发现,从而为电刺激调节大脑功能的研究拉开了序幕。

那么如此高大上的设备又是通过什么机制“操控”我们的大脑呢?经颅直流电刺激由阳极和阴极两个电极组成,他们就像一对小天使和小恶魔双相地改变着刺激脑区的兴奋性。“小天使”阳极电刺激能够引起我们大脑神经元静息膜电位去极化,使皮层的兴奋性提高;而“小恶魔”阴极电刺激则会引起静息膜电位超极化,降低皮层的兴奋性。所以通常“小天使”阳极电刺激会不断为我们的大脑加油助威提高认知功能,而“小恶魔”则会拖大脑的后腿,降低我们的认知功能。更神奇的是,电刺激结束之后,它还可能通过长时程增强作用持续影响我们的表现!这么好的装备请给我来一打!

如此酷炫的装备,你也值得拥有!

讲了那么多高大上的黑科技,那么问题来了,如果你拥有这样一个外挂装备,你最希望提高自己的哪项能力呢?著名神经科学家托克尔·克林贝里在他的著作《超负荷的大脑》中提到:假如向神灯许愿改善人类的能力,那么唯一值得改善的就是工作记忆。因为工作记忆的改善就相当于人类突破了信息瓶颈,从而能使人类各方面能力的得到提高。我相信从事不同研究领域的你内心一定有一万个不服气,为什么是工作记忆。我们的智力,决策,判断力也都很重要啊!那么接下来就让我们一起走进特别的“工作记忆”。

不同于我们所熟知的具有超大存储容量以及超长存储时间的长时记忆,工作记忆是我们大脑暂时储存并同时加工信息的系统。如果把长时记忆比作人脑的“超大容量硬盘”,那么工作记忆就是人脑的“高速内存”,绝大多数外界信息需要通过工作记忆才可以进入长时记忆系统,长时记忆中的信息也需要在工作记忆中激活才可以帮助我们接下来的感知决策等。因此工作记忆也被称作“活的记忆”,它是沟通外界世界和人脑的中继站。我们大脑在短时间内可以同时记住的目标的数量被称作工作记忆的容量,个体的工作记忆容量可以有效预测一个人的智力,决策力和学业表现。厉害了,WORD工作记忆!但是这么厉害的能力却有一个不容忽视的BUG,那就是工作记忆的容量非常有限,就视觉信息而言,我们只能同时记住3到4个视觉物体!刷网页刷微博远远不够啊!因此我们的研究希望通过“黑科技”——经颅直流电刺激为大脑打气,提高工作记忆的容量。

我们使用了阳极的直流电刺激刺激视觉工作记忆的关键脑区——右侧背外侧前额叶皮层(right DLPFC),电刺激持续时间15分钟,千万别以为电刺激很疼,只有一点痒痒的感觉哦。接下来志愿者们完成记忆小方块颜色的任务,他们的任务是判断快速出现的前后两张图片上有没有小方块的颜色发生变化。为了探究电刺激对不同难度工作记忆任务的影响,我们设置了记忆4个和6个小方块这两种难度等级。志愿者们完成任务的同时记录他们的脑电信号。每位志愿者需要来参加两次实验,一次接受真正的电刺激,而另一次接受的是虚假的电刺激(即电刺激只持续了30秒)。结果发现,虽然真正的电刺激相对于虚假电刺激没能提高所有志愿者的工作记忆容量,但是有效地提升了一部分人的容量。这些人是那些本身从记忆4个小方块到记忆6个小方块能够记得更多的人。也就是说,一个人如果在从比较简单的工作记忆任务到比较难的工作记忆任务中表现的提升越大,我们称之为工作记忆的潜力越高,他在接受电刺激之后工作记忆容量的提高越多。相应的,真正电刺激也提高了这些人工作记忆容量相关的脑电指标。

虽然我们的电刺激并没有显著提升所有人的工作记忆容量,但是这一结果启示我们电刺激的效果很可能是因人而异的。一些最近的研究表明,电刺激的提升效果可能和个体本身的基线表现相关,那些本身能力较弱的个体在接受电刺激之后能够获益较多;也有研究表明电刺激的效果和个体的受教育程度甚至性别都存在关联。这些研究结果都启示我们应该建立标准化、个体化的电刺激模式从而使得经颅直流电刺激能够走上更加科学严谨的道路。

虽然电刺激的有效性和一致性目前仍存在争议,我们相信,通过科学家们的不断努力,不久的将来,突破人类的认知极限,发掘人类更多的潜能终将实现,而我们也能走得更高更远。

(作者:华东师范大学)

文献来源:王思思,库逸轩.(2018).右侧背外侧前额叶在视觉工作记忆中的因果性作用. 心理学报, 50(7), 727-738.

 

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