【背景介紹】

從上世紀60、70年代起，通過非侵入性腦刺激 (NIBS) 技術，應用于特定頭皮或多個腦回路，已被證明可用于改善與認知相關的能力。

通過使用MRI（核磁共振成像）、EEG（腦電圖）、ERP（事件相關電位）等方法檢測，發(fā)現使用NIBS干預以后，人們認知能力提高，和神經生理學變化相關，包括與認知功能相關的腦區(qū)連接增加，神經元活動加強，相關神經遞質水平發(fā)生變化等等。

目前，非侵入性腦刺激 (NIBS)技術主要包括腦電神經反饋、經顱直流電/交流電干預（tDCS/tACS）、經顱磁干預（TMS）等技術，除了應用于與神經系統(tǒng)相關的臨床疾病的治療（如阿爾茨海默癥、自閉癥等），也廣泛應用于注意力提升、認知能力提升等。像飛行員注意力訓練、運動員訓練（如射擊、擊劍等需要快速反應做出判斷的項目）、宇航員訓練等，已經普遍采用此類技術。

【研究進展】

2022年12月2日，由北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室宋艷教授領導，由英國伯明翰大學心理學院、美國德克薩斯州阿靈頓大學分校生物工程系等組成的國際專家團隊，在《Science Advances》發(fā)表了通過tPBM（經顱近紅外激光干預），提升認知功能的研究。

【tPBM（經顱近紅外激光干預）】

它是一種在人腦的特定部位給予近紅外光刺激的技術，其原理是應用近紅外光無衰減地通過顱骨作用于腦組織，通過線粒體細胞色素C氧化酶( Cytochrome-c-oxidase，CCO) 促進ATP能量生成，從而調節(jié)腦功能狀態(tài)。

近紅外光已經應用于臨床治療，例如治療局部血管痙攣、促進傷口愈合、治療色斑等；另一些研究表明，近紅外光可抑制細胞內促炎因子的產生，減輕炎性反應和氧化應激。還可以刺激神經元生成，刺激神經生長因子介導的突起的生長，對軸突保護有積極的意義。

【試驗研究】

研究團隊采用1064nm光刺激右側前額葉，為了保證試驗效果客觀，共進行了四次雙盲、偽刺激對照的tPBM試驗。

試驗方案（圖B）和真?zhèn)卧囼炦^程（圖A）

同時，通過兩個經典的認知功能測驗（定向測驗、顏色任務測驗）評估干預效果。測驗過程（圖C）和測驗結果（圖D）如下圖所示：

可以看到tPBM干預后（紅色），對比偽刺激（藍色），兩個測驗的得分高于偽刺激。

如上圖所示，ERP檢查（圖A、B）和腦電地型圖檢查（圖C、D）發(fā)現1064nm光生物調節(jié)刺激右側前額葉可以增大工作記憶容量相關的腦電指標，并預測行為的增益。

在干預的激光波長方面，研究團隊測試了852nm和1064nm兩種波長的激光，發(fā)現只有1064 nm的光刺激可以改善個體的工作記憶容量，而852nm的光生物調節(jié)刺激則不會產生行為以及電生理上的顯著變化。

如上圖（圖D）所示，1064nm干預，測試成績變化明顯；而852nm干預，測試成績無顯著變化。

在干預腦區(qū)選擇上，研究團隊測試了左側和右側PFC（前額葉皮層），發(fā)現只有干預右側PFC時，認知能力才有顯著提升，而干預左側PFC，則沒有顯著變化。

如上圖（圖D）所示，干預左側前額葉（left PFC），測試成績沒有顯著變化；而干預右側前額葉（right PFC），測試成績顯著提升。

【研究結論】

綜上所述，研究團隊最后得出結論，采用特定波長（1064nm）的tPBM干預特定腦區(qū)（右側前額葉），可以顯著提升人的認知能力。

【1064nm波長激光的優(yōu)越性】

目前市場上存在的激光理療產品，波長有660、810、980和1064 nm等，究竟哪一種波長是最能激發(fā)光生物刺激作用？主要通過自噬（autophage）機制檢測。

自噬是細胞的“清潔”機制，幫助細胞產物在合成、降解以及接下來的循環(huán)中保持一個平衡狀態(tài)，用來維持有序的生命活動。

病理條件下，細胞自噬能力會逐漸衰退，長時間不清理異常蛋白和細胞器的系統(tǒng)，會導致大量有害物質堆積。

研究發(fā)現，在660、810、980和1064nm中，1064nm引發(fā)的自噬效果最明顯；在醫(yī)院皮膚科去除色斑的的治療實踐中，采用532nm激光療程，4個療程可見明顯改善；而采用1064nm激光，2個療程就可見明顯改善。

【參考資料】

Zhao C, Li D, Kong Y, et al. Transcranial photobiomodulation enhances visual working memory capacity in humans[J]. bioRxiv, 2022.