新发现神经科学与心理学发布日期:2021年11月22日

增强脑电波可以提高记忆力

作者

理查德·j·阿丹特

Mairy Yousif

Rosemarie瓦伦西亚

康斯坦斯格林伍德

雷切尔马里诺

年轻的评论家

思嘉

摘要

你想过提高记忆力吗?或者你曾经努力记住你学过的东西?记忆使用大脑中特殊的活动模式。这个实验测试了一种创造有助于记忆的脑电波模式的新方法。我们想看看是否可以通过使用光和声音来使脑电波同步来改善记忆。人们戴着能发出闪光的特殊护目镜和能发出哔哔声的耳机。这是通过一个叫做夹带的过程来训练大脑的。这种夹带使大脑在一种被称为θ的特定脑电波模式上同步。那些大脑被训练成θ的人比那些没有受过训练的人记忆力更好。我们了解到夹带是一种很酷的提高记忆力的新方法。

记忆和脑电波

记忆对日常生活很重要。它帮助我们做很多事情，比如记住做作业或知道考试的答案。大多数时候，遗忘是正常的，但偶尔也可能是由大脑损伤或某些疾病引起的。我们的实验研究了记忆的长期版本，包括记住你第一天上学或朋友的生日派对。这些记忆发生在大脑中，是由于大脑不同区域的脑细胞的活动模式，共同工作来记忆。脑细胞，叫做神经元，以正确的顺序来回发送电信号，就像朋友来回扔球一样。大脑由数百万个神经元组成，它们的电活动模式被称为脑电波。脑电波就像海滩上的波浪:可大可小，可快可慢。脑电波的速度被称为频率，用一个叫做赫兹(Hz)。赫兹表示1秒内脑电波发生了多少次。但为了方便起见，脑电波通常是用名称来指代的。最慢的脑电波之一叫做θ每秒发生4到8次(4 - 8hz)。θ波发生在人们非常放松或睡觉的时候。一种更快的脑电波，叫做β，每秒出现12-16次(12 - 16hz)。β通常在人们清醒和有意识的时候被发现。

大脑可以通过训练产生特定的脑电波吗?

大脑活动的节奏模式可以通过一个过程来改变夹带．也就是说，我们可以训练大脑在不同的频率下工作。这就像让一个乐队以更快或更慢的速度一起演奏，或者像调到一个特定的广播电台。“夹带”的原理是，以我们想要的频率向大脑输入声音和光线。我们可以使用护目镜，以我们希望大脑处于的准确频率闪烁灯光，或者我们可以使用耳机以正确的频率播放声音(哔哔声)。这些方法可以在不伤害大脑的情况下刺激大脑。

在我们的研究中，我们想看看夹带是否可以通过增强θ波来改善记忆。我们有了这样做的想法，因为我们之前的研究表明θ波发生之前一个人能正确地记住某事1］．这让科学家们感到惊讶和兴奋，因为我们的发现意味着可以通过改变记忆前的大脑活动来改善一个人的记忆——想象一下!增强θ波真的能改善人们的记忆吗?我们预测，通过视听夹带来增强θ波会改善记忆力。

我们如何检验我们的预测?

为了观察增强θ波是否能改善记忆力，他们做了两个实验。第一个实验比较了θ波的增强和随机模式的增强，称为白噪声．第二组比较了增强θ波和增强β波。在这两个实验中，人们首先学习200个单词，一次一个。随后，他们进行了一项记忆测试，在测试中，这些单词与100个新单词混合在一起。当单词一次出现在他们面前时，参与者被要求记住在实验的第一部分中是否学习过每个单词。在学习和记忆测试之间，有一个36分钟的视听夹带期，使用耳机和谷歌眼镜如上所述(图1)．护目镜挡住了除了闪烁的灯光之外的一切，耳机挡住了除了正在呈现的声音之外的所有声音。我们可以控制声音的音量和灯光的亮度。视听刺激的类型取决于人们被分配到的小组-参与者看到和听到的是theta, beta或随机模式。

图1 -我们的记忆实验分为三个部分。

首先，人们在电脑屏幕上学习单词，一次一个。其次，他们休息了一下，接受了36分钟的大脑夹带，包括灯光和声音。第三，他们进行了记忆测试，在测试中，他们看到一堆他们学过的单词与新单词混合在一起。他们被要求回忆他们以前是否见过每个单词，并将每个单词分为“旧的”或“新的”。

在第一个实验中，50人(26名女性，24名男性，年龄在18-25岁)被测试。他们被平均分为两组。实验组接受增强θ波(5赫兹)的光和声音。对照组接收到随机模式的闪烁灯光和声音(白噪音)，这组被用作比较。所有参与者都不知道自己被分到哪一组。在第二个实验中，40名新人接受了测试(22名女性，18名男性，年龄在18 - 26岁之间)。同样，他们被分为两组，接受不同的夹带模式。这一次，一组接收theta夹带(5 Hz)，另一组接收beta夹带(14 Hz)。这样做是为了看看训练其他大脑模式是否也能改善记忆，或者记忆的改善是否是特定于θ的。

但是，我们如何才能在不进入参与者大脑的情况下，将他们的大脑想象出来呢?脑电图(EEG)是一种不用手术就能测量脑电波产生的电活动的安全方法。它只是简单地将一顶带有称为电极的传感器的帽子放在一个人的头上。2］．科学家可以比较人们成功记住某事和忘记某事时的脑电图结果。脑电图读数的差异告诉我们大脑的记忆活动是什么样的。我们早期的研究发现，大脑前部的θ波预示着成功的记忆。所以，在这些实验中，我们也在实验期间，当人们在记忆时，寻找大脑前部的θ波活动。

我们的预测正确吗?(剧透:是的!)

我们的第一个实验表明，接受夹带的组比接受随机噪声的组记忆力更好。图2)．这表明，在θ范围内的视听刺激可以改善记忆。但是我们怎么知道是夹带起了作用呢?这就是我们第二个实验的切入点。我们想看看β波增强时记忆是否有所改善，或者这种效果是否只针对θ波组。第二个实验的结果显示，只有接受刺激的那组人记忆力有所改善，而接受刺激的那组人记忆力没有改善(图2)．

图2 -在第一个实验中，接受θ脑夹带的组在记忆测试中比接受白噪声的组得分更高。

在第二个实验中，接受θ夹带的组比接受β夹带的组表现出更好的记忆结果。夹带条件之间的差异具有统计学意义，这意味着这些差异由随机机会引起的概率<5%。每个柱状图顶部的线表示平均值的标准误差，它们显示了数据点与平均值之间的差异有多大。

脑电图的结果显示，人们的脑电波以与他们从夹带设备接收到的相同的模式被增强。图3)．这意味着在记忆测试中，接受了θ波夹带的人表现出了增加的θ波，而β夹带同样增强了β波(但重要的是-没有改善记忆)。这很重要，因为这意味着夹带实际上在改变大脑。

图3 - (A)在学习单词后，参与者接受theta (4-6 Hz)或beta (14 Hz)刺激对他们的脑电波进行视听干扰。 — 图3 -**(一)**在学习单词后，参与者接受theta (4-6 Hz)或beta (14 Hz)刺激对他们的脑电波进行视听干扰。

**(B)**在记忆测试中，参与者的脑电波被脑电图记录下来。**(C)**在记忆测试中，接受θ波刺激的组比beta组表现出更高的θ波活动。这张脑图(就像我们从上面俯视大脑一样)在记忆过程中θ的差异:在之前接受过θ或β刺激的组之间减去。颜色刻度表示记忆测试期间的θ活动。主要的差异体现在前额区域，也就是圈出来的部分。

那又怎样?

我们发现夹带可以安全地操纵脑电波来改善记忆。每一项研究都有优点和缺点。这项研究的优点之一是，它使用了两个实验和良好的对照组进行比较，排除了其他可能性。虽然这令人兴奋，但仍有许多工作要做。例如，一个限制是我们不知道夹带工作所需的最短时间，因为我们只测试了36分钟的夹带。我们也不知道记忆力的改善能持续多久，重要的是，它还没有在儿童身上进行测试，闪光灯对癫痫患者可能不安全。我们还必须记住，尽管我们证明了训练θ波可以提高后来的记忆分数，也可以提高记忆期间大脑中的θ波活动，但这并不一定意味着在实验的记忆部分提高了θ波活动引起的改善了记忆，只是夹带改善了记忆和后来的θ波。然而，其他研究表明，记忆分数可以由不同的脑电波引起，比如θ波。1，3.- - - - - -5］．

这些发现在未来有许多令人兴奋的潜在应用。其中一个希望是我们可以使用夹带装置来帮助那些患有记忆障碍的人。例如，夹带可能会帮助那些健忘的老年人，头部受伤的人，或者那些患有影响记忆的疾病的人[3.- - - - - -5］．脑电波的夹带也可能帮助人们提高正常情况下的记忆表现。它可以帮助人们在学校、体育或工作中取得进步。例如，夹带可以用来帮助宇航员在太空飞行，以避免记忆错误!我们目前正在研究探索这些可能性，所以请保持关注——更好的学习和记忆可能就像进入正确的心态一样简单。所以，“Think Theta!”

术语表

神经元：↑神经系统内的细胞，包括大脑和脊髓中的细胞，与其他细胞发送(和接收)电子信息。

频率：↑在大脑记录中，一个信号(或波)在一秒钟内发生的次数。

赫兹：↑频率的基本度量单位，即一个信号(或波)在一秒钟内出现多少次。缩写为(Hz)。

θ脑波：↑慢脑电波，频率为4-6赫兹，常见于睡眠、放松和深度冥想。

β脑电波：↑快速脑电波，频率为12 - 16hz，通常与清醒和有意识有关。

夹带：↑脑电波与外部刺激的同步，包括特定频率的光脉冲和声音脉冲。夹带轻柔而安全地引导大脑进入特定的脑电波模式。

白噪声：↑一种随机信号，比如没有信号的电视屏幕上的“雪景”，或者你只能听到静态声音的粗糙电台。

脑电图(EEG)：↑一种测量大脑电活动的技术，使用一种带电极传感器的帽子，戴在人的头上。

利益冲突

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

致谢

作者感谢NIH拨款1 L30 NS112849-01和国家卫生研究所和社区参与CSUSB办公室拨款2 L30 NS112849-02支持这项工作。我们感谢博士们的工作。Brooke Roberts, Alex Clarke和Charan Ranganath对最初的实验表示感谢，并感谢所有科学编辑，科学导师，年轻评审员的积极贡献，包括另一位来自Fort Valley的成年评审员Sierra，他对STEM感兴趣，喜欢环境科学。