第276期

開啟記憶密碼 大腦植入物新技術

大腦植入物首次發現可提升記憶力,未來有望改善失智症的疾病,為患者與其家屬帶來新契機。

開啟記憶密碼 大腦植入物新技術

蔡亞融

或許你聽過老人痴呆、老番顛之類的負面用語,來形容有些長者行為的奇異改變,但卻不清楚實際上那是失智症的症狀與病程。台灣許多家中的長者罹患失智症,其中又以阿茲海默症的比例最多,隨著病程的發展記憶逐漸退化。從一開始偶爾忘記關水、關瓦斯爐,並逐漸遺忘許多重要的人生經歷,最後連兒女都不記得了。這個沉重卻無可抗力的病症,是許多人家庭的真實寫照。

記憶喪失與社會標籤的無奈

《我想念我自己》這部電影中,女主角寧願得到癌症也不願得到阿茲海默症,「光頭和頭巾是勇氣與希望的象徵,忘詞和記憶消退卻代表心智不穩與精神失常」,說明失智症與阿茲海默症患者長期處在被忽視與負面誤解的情況。許多名人也曾和失智症搏鬥過,例如英國前首相柴契爾夫人與美國前總統雷根,到老年同樣面臨記憶逐漸消逝的苦痛。

《我想念我自己》講述女主角愛麗絲面對早發性阿茲海默症的心路歷程。(圖片來源/IMDb

淺談失智症與阿茲海默症

依據國際失智症協會(ADI)資料,2017年全球失智症人口近5千萬人,平均每3秒就有一人罹患失智症。失智有許多不同的形式或原因,阿茲海默症(Alzheimer's disease)佔主要的60%至70%的病例。其他形式包括血管型失智症(Vascular dementia)、路易氏體型失智症(Dementia with Lewy bodies)、以及額顳葉型失智症(Frontotemporal dementia)。不同形式的失智之間的界限往往是模糊不清,並且共存的混合形式。

失智是由腦細胞受損造成的。這種損害干擾了腦細胞相互溝通的能力。當腦細胞無法正常交流時,思維、行為和感受都會受到影響。大腦有許多不同的區域,每個區域都負責不同的功能,例如記憶、判斷和移動。當特定區域受損時,該區域不能正常執行其功能。例如在阿茲海默症中,稱為海馬迴(Hippocampus)的大腦區域是大腦學習和記憶的中心,而這個區域的腦細胞往往是第一個被破壞的地方,這也是為什麼記憶喪失經常是阿茲海默症最早的症狀之一。

阿茲海默氏症來說,其真正成因至今仍然不明。目前將阿茲海默症視為一種神經退化的疾病。常見的早期症狀,難以記住近期的事情、行為或性格的改變,例如無法克制衝動、懷疑、無食慾等等。隨著疾病的發展,症狀可能會包含具攻擊性、無法正常言語、喪失長期記憶等等,並逐漸喪失身體機能,最終導致死亡。雖然疾病的進程因人而異,但一般來說,確定診斷後的平均餘命是三到九年,確診之後存活超過十四年的病患少於3%。

左圖為一般大腦,右圖為阿茲海默症患者的萎縮腦。(圖片來源/蔡亞融重製)資料來源:維基百科

我們可以藉由失智護理來改善失智症患者、家屬及其護理人員的生活。例如早期診斷以促進早期和最佳管理、識別和治療伴隨的身體疾病、為照顧者提供信息和長期支持等等。平時我們也可以藉由多動腦、多運動、健康飲食、多社會互動以及維持健康體重,來即早預防失智症的發生。然而,世界衛生組織提到,目前並沒有任何治療方法可以停止或逆轉失智症的病程。因此失智症所面臨到的問題與困境,是世界上許多國家面臨人口高齡化後,仍待解決的重要議題。

美國阿茲海默症協會提出了十項警訊。若符合當中的幾項,就應當迅速就醫做一次完整的檢查。 (圖片來源/蔡亞融重製)資料來源:衛福部

失智曙光 大腦植入物 

不過,長期苦惱的失智困境在近期終於看到了曙光。南加州大學研究人員Dong Song與他的研究同事在今年的美國神經科學年會(Society for Neuroscience )上展示他們的研究成果。這是首次有人體實驗證明人的短期記憶,可以透過大腦植入物(memory prosthesis)的刺激,使所有受試者的短期記憶力平均提高15%,工作記憶力提高25%。他們編寫神經代碼的算法,模仿海馬迴的工作模式,可以預測當短期記憶成為長期記憶時想要發生的神經活動。

短期記憶大部分資訊保持的時間很短,通常在5至20秒,最長不超過1分鐘。工作記憶是一種較短時間範圍的記憶形式,為一個分離的記憶結構,具有加工處理信息和存儲信息的雙重功能,影響人的許多複雜認知活動。長期記憶是指能夠保持數天到數年的記憶,如閱讀、理解和推理,扮演著重要的關鍵角色,而短期記憶經過不斷反覆複習,便會成為長期記憶,在大腦中保持著較長的時間。

當大腦接受感官輸入時,它會以一個複雜的電信號的形式創建一個記憶,這個信號通過海馬迴(大腦的記憶中心)的多個區域傳播。在每個區域中,信號被重新編碼,直到它到達最後的區域,最後儲存成長期記憶。如果在任何地區出現了妨礙這種翻譯的損壞,就有可能無法產生長期的記憶。這就是為什麼有海馬迴損傷,例如阿茲海默症患者,可以回想起很久以前的事情,但卻無法記憶新事物,是因為這些事情在腦損傷發生之前,就已經轉化為長期的記憶。

海馬迴負責將各區短期記憶變成長期記憶。(圖片來源/蔡亞融重製)資料來源:Anatomy & Physiology

實驗受測人為癲癇患者,因為癲癇有時會損害海馬迴,導致大腦失去形成長期記憶的能力,藉由本次實驗觀察與改善症狀。20名受測者安裝大腦植入物,並參加簡單的記憶遊戲。每位受測者簡短看完顯示圖像後,於75秒後回想他們看到的東西。研究人員觀察受測者大腦中神經元的反應,有哪些區域被激活。在第二步驟中,透過大腦植入物對海馬迴進行小電擊,並且模仿大腦自然處理記憶的活動方式。研究結果發現大腦植入物有效改善記憶力,因此研究人員希望未來此技術逐漸成熟後,能夠幫助患有失智症等記憶障礙的人。

國際失智症協會預估失智症患者人口到2050年將達到1.135億。2015年全球估計的全球失智症成本為818億美元,佔全球GDP的1.09%。到2018年,失智症的全球成本將超過萬億美元。這意味著,如果全球失智護理是一個國家,它將成為世界第十八大經濟體。年度成本超過蘋果(7420億美元)和Google(3680億美元)等公司的市場價值。也許此治療技術還需要更進一步反覆嚴謹的檢測,但是在未來若真的能夠成功使用在醫療用途,那麼這種巨大的改變不僅影響患者與其家庭,乃至社會甚至是全世界。

記者 蔡亞融
請給我糖包跟攪拌棒  
編輯 謝瀚陞
咖啡要喝美式的,薯條要吃三年三班的 嗨喀報,心好累鵝  
記者 蔡亞融
編輯 謝瀚陞