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海馬迴義肢系統 可望成為健忘族新救星?!

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記憶是一個複雜和微妙的系統,由感官、短期和長期三個部分組成。感官記憶是指訊息經由感官接受後,能短暫儲存於大腦 1~ 2 秒之間,也就是瞬間記憶。若對訊息繼續加以注意,即可經由感官記憶進入短期記憶。短期記憶能保存約 1 分鐘以內的記憶,容量有限。但已足以使人選擇所要保留的訊息。長期記憶包含了過去 1 分多鐘所記得的一切、對事實或抽象概念、事件和經驗的回憶、生活的技巧,而且它擁有非常大的容量,能夠長久儲存訊息,甚至可能是永遠的。

記憶形成與海馬迴有關

這些記憶都與大腦顳葉中(temporal lobe)的海馬迴(Hippocampus)有很大的相關性。早於 1985  年,Henry Molaison 因癲癇手術切除海馬迴,卻產生嚴重的失憶症,不僅手術之前時期記憶消失,手術後也無法形成新的長期記憶。美國加州大學伯克利分校的語言神經理論(Neural Theory of Language)研究中,也曾利用電腦模擬海馬迴處理「情節記憶」(episodic memory),當資訊進入海馬迴之後,會不斷地回饋,而在過程中,會將錯誤的資訊捨棄,加強正確的資訊,最後形成穩固的情節記憶。此外,阿茲海默症患者的海馬迴往往會受到異常的斑塊(plaques)及神經纖維糾結(neurofibrillary tangles)侵害而受損,使得患者逐漸失憶。

在記憶形成中,海馬迴的内嗅皮質(entorhinal cortex, EC)接受外來訊號,再由齒狀迴(dentate gyrus, DG)經 CA3 腦區的突觸前神經元(presynaptic neuron)傳至 CA1 腦區的突觸後(postsynaptic)神經元,形成三突觸迴路(trisynaptic circuit),最後形成記憶。

延伸閱讀:記憶的小偷:阿茲海默症(上)

海馬迴義肢系統增加癲癇患者的記憶力

如果一個人工晶片置入於你的大腦裡,並監控你的每一個記憶,進而增加你的記憶力嗎?這個概念可能聽起來像科幻小說,由維克森林浸信會醫學中心(Wake Forest Baptist Medical Center)和南加州大學(University of Southern California)醫學院 Robert Hampson 教授所率領的研究團隊於《Journal of Neural Engineering》發布最新的研究結果,可望實現了這個夢想,他們利用海馬迴義肢(Prosthetic)系統,成功加強了人類的記憶。

該研究團隊招募 15 名接受癲癇治療的患者,這些患者正參與診斷性腦圖測量程序,並且透過手術將電極植入他們大腦的不同部位,包括海馬迴以及其他參與形成新記憶的大腦部分,來找出他們癲癇發作的起源。當患者沒有接受其他治療時,他們自願與 Hampson 的研究團隊一起測試記憶迴義肢系統。

該研究團隊將電極置於海馬迴的 CA3 和 CA1 區域。接著進行一個記憶相關的電腦測試,研究團隊再記錄海馬迴區域的神經元活動。該測試是一個基本的記憶挑戰,電腦螢幕先顯示了一個簡單的圖像,例如色塊。然後簡單地將螢幕遮住 2 分鐘到 75 分鐘,接續再要求患者從四張或五張圖片中,挑選出相同的圖像。

該研究團隊也持續監測每個人的大腦活動,當患者正確辨識時,他們有效地擊中附著在記憶編碼區域的電極的“記錄”,並捕獲組成該記憶的電活動模式。 讓患者再次重複這項任務,再加上回放神經活動以增強他們的記憶時,此時患者的記憶力在 2 分鐘間隔組別平均增加 37%,在75分鐘間隔組平均增加 35%。

Hampson 教授指出,由於該研究的樣本量很小,加上每個病人也有先植入其他電極來治療其他病症,因此下一步計畫招募沒有癲癇或已有神經植入物的受試者進行相同的試驗,期望能複製同樣的結果。但我們最終的目標,透過該大腦義肢系統來幫助曾創傷性腦損傷、中風、因老齡化或老年癡呆症或其他因素引起記憶力喪失的患者。

延伸閱讀:s-KL基因療法 跟失智症說再見

文 / Parker Yang

參考資料:
1. Ann N Y Acad Sci. 2016 Apr;1369(1):76-92
2. Robert EH, et al. J. Neural Eng; Published 28 March 2018; DOI: 10.1088/1741-2552/aaaed7
3. Front Neurol Neurosci. 2014;34:95-108.
4. PNAS October 21, 2014. 111 (42) 15238-15243
5. http://www.dailymail.co.uk/health/article-5551403/Prosthetic-MEMORY-strengthen-broken-connections-help-patients-recall-experiences.html#ixzz5DU4KKAZe
6. https://www.semanticscholar.org/paper/From-transient-patterns-to-persistent-structures%3A-A-Shastri/856e4b8d03ae37e3a4d435cb93a1a7a859e00544?tab=abstract

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