BEL（Brain Electrophysiology Lab）是一家神经科学技术公司，致力于促进对人脑的研究和理解，该实验室由美国国家发明家科学院院士、俄勒冈州大学神经科学教授Don Tucker博士创立。Don Tucker博士还是Geodesic 网状电极帽的发明者，该设备极大地简化和改进了研究人员观察和测量大脑活动的方式。作为一名神经心理学家，为了着重研究焦虑，抑郁以及其他情绪对情绪唤醒的影响，他开创了分析大脑电活动的方法。
世界第一个高密度脑电的诞生， Don Tucker（左） , Michael Posner （右） 摄于1992年
近日，一篇由Don Tucker博士参与合著的论文《Transcranial Electrical Stimulation targeting limbic cortex increases the duration of human deep sleep》发表于《睡眠医学》期刊上。以下是该学术论文的相关信息。
以Tucker博士为首的俄勒冈大脑电生理实验室的神经科学家团队测试了电刺激大脑边缘皮层区域对成年人深度睡眠质量的影响。研究人员利用电极在人们睡觉时用电流刺激大脑，成功延长了受试者处于深度睡眠阶段的时间，此外，他们还发现即使通过电极进行低水平的电刺激，也能显著增加深度睡眠的持续时间，促进记忆的形成。这项研究结果显示通过电流刺激大脑将可能改善记忆，降低老年人患痴呆症的风险。
人脑的功能随着年龄的增长而退化，包括记忆力，这与老年人睡眠质量差有关。尤其是深度睡眠，非快速眼动睡眠的最深阶段和脑波最慢的睡眠阶段，对记忆的储存有影响。
Don Tucker在接受《学术时报》采访时解释说，在深度睡眠时，大脑会产生巨大的缓慢振荡，而此前人们认为这种振荡分布在大脑中。但在最近的研究中，实验室和神经科学技术BEL公司的科学家发现，人类深度睡眠的巨大缓慢振荡实际上是由大脑边缘系统的特定区域产生的。
记忆的形成被认为是一种大脑功能，它发生在一个人清醒并积极思考的时候。但Tucker说，在过去的20年里，人们对睡眠的新认识是，大脑会重放当天的记忆，以便储存这些记忆，并将它们与现有的记忆结合起来。而深度睡眠的巨大慢波对于负责记忆巩固的大脑区域之间的交流非常重要，比如边缘系统和新皮质。
在深度睡眠期间，大脑中的脑脊液也会被冲洗出来。如果成年人没有规律地进入深度睡眠，他们的大脑就更难做到这一点，而且他们更有可能患上各种形式的痴呆症，包括老年痴呆症。Tucker博士认为，在深度睡眠中，边缘区实际上产生了巨大的缓慢振荡，这一发现非常重要，因为它为神经科学家提供了另一条线索，让他们了解皮质边缘巩固和交流的动力学。这使他和他的同事们发展了目前的研究。
“我们对这些结果感到兴奋，我们正在努力开发实用的睡眠疗法，这篇论文表明，这应该是可行的”Tucker博士这样说道。
这项研究涉及一组健康成年人，他们参加了三次通宵睡眠。研究人员最初计划对不同年龄段的人群进行更大的抽样，但由于COVOD-19大流行，这项研究在2020年3月暂停。
在这项测试中，第一晚仅需记录下被测试者的脑电活动，而在第二晚和第三晚，参与者将进行经颅电刺激（一种通过大脑皮层传递电流的无创技术）或安慰剂治疗，并且实时进行脑电图监测。受试者并不知道哪一天晚上接受了电刺激，哪一天晚上是安慰剂。
在受试者处于深度睡眠阶段时，每5分钟分5次进行电刺激。这些电极被特别放置在他们的额叶脑区，以定位深度睡眠时发生的缓慢振荡的边缘源。
用TES定位SO源始于SOs的电源定位。a、 额叶脑电图1–43通道中的SO，正极为向上，垂直蓝线为1秒标记。b、 SO负峰处的头部表面形貌以a中的棕色垂直同步线为标志。SO在额叶通道中具有较大的负偏转，与后部正场相吻合。c、 SO的负峰在个人皮层表面的来源定位。SO的主要来源是右前海马旁回的紧密源-库倒置。d、 SO的蝶形图（所有通道）
Tucker博士说：“知道了这些来源，我们就可以利用计算模型，通过向头部施加电流，有效地刺激这些区域，从而同步缓慢的振荡。”
“我们能够以目前水平的一半做到这一点，证明了效率。我们最初认为低电流对防止人们醒来很重要，但我们不再担心这一点，”他继续说。
总的来说，受试者在刺激阶段的深度睡眠时间约为63分钟，占整个晚上的13.2%，这比安慰剂阶段的时间要长，而安慰剂阶段的深度睡眠时间约为56分钟，占整个晚上的11.5%。作者在论文中说，在刺激和安慰剂条件下，其他睡眠阶段的时间（分钟）和百分比都没有显著差异。
左上方：整个晚上在每个睡眠阶段所花费的原始时间（分钟）。右上方：每个睡眠阶段所花费的时间占总睡眠时间的百分比。下：在1分钟的TES休息时间段和最后一次刺激后的5分钟的每个睡眠阶段花费的时间（秒）。
就个人而言，年长的参与者比年轻的参与者花在深度睡眠上的时间更少。夜间第一个深度睡眠阶段的电刺激也会导致夜间更快速的眼动睡眠，作者建议在未来的研究中进一步探讨。
Tucker博士说，深度睡眠的质量在30岁时开始下降，使成年人有可能患上老年痴呆症等记忆障碍。提高睡眠质量有助于降低这种风险，他的实验室多年来一直致力于这项研究，并不断完善这项技术。
到目前为止，科学家们已经制造了一种头戴式设备，人们可以在家睡觉时戴上它。头带将通过蓝牙连接到床边的纳米计算机上，该计算机将记录他们的睡眠阶段，然后在适当的时间向他们的大脑施加电流，使缓慢的振荡同步。
“我们很有信心，这是有用的。而问题在于，它的有效期是否足以帮助人们睡得更好？Tucker解释说，研究人员知道这种效应可以持续一个晚上。即使电流被切断，大脑也会保持深度睡眠的节奏。但是保持深度睡眠是持续的吗？是否需要每天晚上都要戴上脑电帽才能睡个好觉，或者说大脑是否将因电流刺激而变得更年轻，使得睡眠得到真正地改善？”他接着说。
Tucker博士认为，这还需要数年的进一步研究才能确定这种睡眠疗法是否真的能改善记忆和睡眠质量。为了达到这一目的，他计划与愿意一次尝试这种刺激方法数周或数月的老年人合作，以衡量这种方法从长远来看是否有影响。
Don Tucker 博士及其创办的BEL脑神经电生理实验室是脑电与心理认知领域的创新者与领导者，为了与国内的专家学者沟通交流，与赢富仪器联合举办了2021年高级脑电在线讲座，目前已成功开展了两期研讨交流活动，分别是1月29日以“高级脑电技术原理”为主题的第一期及3月5日以“改善人脑”为主题的第二期（感兴趣的朋友可以点击后方链家进行回顾：网络研讨会回顾|2021年BEL在线课堂：高级脑电技术原理 ；网络研讨会回顾|2021年BEL脑电在线课堂第二期：改善人脑）
同时，该系列讲座的第三期将于4月10日举办，届时，Don Tucker博士将继续为各位专家学者带来脑电技术更为实用的原理，感兴趣的朋友马上扫描下方二维码预约参会吧！
