工作記憶——在幾秒鐘內(nèi)主動(dòng)“記住”有用信息的能力——在許多高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。由于工作記憶能力的個(gè)體差異可以預(yù)測(cè)流體智力和廣泛的認(rèn)知功能，這使得提高工作記憶能力成為干預(yù)和增強(qiáng)的有吸引力的目標(biāo)。

美國(guó)FDA認(rèn)為經(jīng)顱近紅外激光刺激（Transcranialphotobiomodulation，tPBM）是一種非常有前途、經(jīng)濟(jì)且安全的改善人類(lèi)認(rèn)知功能的替代方案。它的干預(yù)機(jī)制是利用近紅外光非侵入式地穿過(guò)顱骨進(jìn)入大腦皮層，顱內(nèi)神經(jīng)元中的細(xì)胞色素c氧化酶（cytochromecoxidase，CCO）通過(guò)吸收光子提升了自身在氧化磷酸化反應(yīng)中的催化效率，在細(xì)胞層面表現(xiàn)為線粒體呼吸鏈反應(yīng)中合成三磷酸腺苷（ATP）的效率提升，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元內(nèi)線粒體的呼吸作用的調(diào)節(jié)。最近，上海交通大學(xué)研究者發(fā)表在著名光學(xué)期刊 Light:Science＆ Applications 上的研究指出107nm的激光照射可以改善阿爾茨海默病小鼠的認(rèn)知障礙并減少β淀粉樣蛋白的沉積。而在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有tPBM應(yīng)用于改善人的認(rèn)知能力的研究報(bào)道。

2022年12月2日，北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋艷教授課題組在 Science Advances 期刊發(fā)表了題為：Transcranial photobiomodulation enhances visual working memory capacity in humans 的研究論文。

該研究通過(guò)四個(gè)雙盲對(duì)照實(shí)驗(yàn)，被試接受光刺激和安慰劑照射之后，采集了90名正常成年人進(jìn)行視覺(jué)工作記憶任務(wù)時(shí)的腦電和行為數(shù)據(jù)，該研究首次論證了經(jīng)顱光刺激技術(shù)對(duì)人類(lèi)視覺(jué)工作記憶容量改善的有效性以及特異性。

如下所示，研究者發(fā)現(xiàn)106n光刺激作用于右側(cè)前額葉可以顯著提高個(gè)體的視覺(jué)工作記憶容量，并擴(kuò)大工作記憶容量相關(guān)的事件相關(guān)電位（Event-Related potentials，ERP）成分——對(duì)側(cè)延遲活動(dòng)（Contralateral Delay Activity，CDA）。重要的是，CDA的負(fù)載效應(yīng)是光生物調(diào)節(jié)和工作記憶行為增強(qiáng)的中介。

1064n光生物調(diào)節(jié)刺激右側(cè)前額葉可以增大工作記憶容量相關(guān)的腦電指標(biāo)，并預(yù)測(cè)行為的增益

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)光生物調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)工作記憶的行為改善具有波長(zhǎng)和腦區(qū)特異性。如下圖所示，實(shí)驗(yàn)三發(fā)現(xiàn)只有106nm的光刺激可以改善個(gè)體的工作記憶容量，而產(chǎn)生熱量一致的85nm的光生物調(diào)節(jié)刺激則不會(huì)產(chǎn)生行為以及電生理上的顯著變化。另外，實(shí)驗(yàn)四通過(guò)變更刺激腦區(qū)，發(fā)現(xiàn)106nm的光刺激對(duì)個(gè)體的工作記憶的提升效應(yīng)消失。

光刺激對(duì)工作記憶的波長(zhǎng)特異性

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3211