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领导交代的事情转头就忘？开会部署的任务刚起身就想不起来？明明起床时才想到的好点子瞬间就烟消云散？……
在以上过程中，有种短期记忆与之息息相关，那就是今天的主角：工作记忆。因为在很多高级认知活动中发挥关键作用，工作记忆的优劣能反映在几秒内主动“记住”有用信息的能力，同时也是智力差异的表现之一。
在临床上，还可以通过工作记忆来预测认知状态，这对于评估和改善认知功能来说，应用前景巨大。正因如此，如何提高工作记忆能力自然就成为了目前脑科学研究的热点之一。
想象一下，倘若有个真正的“科技和狠活”，只需合适的光照他一照，就能立马提升工作记忆和改善认知功能，换句话说，就能变聪明，岂不美哉？这样一来，那可就不是单纯的光了，而是人生的智慧和希望之光啊！
近日，来自北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室宋艳教授团队在知名期刊Science Advances上发表重要研究成果[1]。
他们首次论证了1064nm波长的经颅近红外激光刺激人类右侧前额皮层，可扩大对侧延迟活动的负载效应，从而有效改善人类视觉工作记忆容量，最终增益工作记忆能力。
论文首页截图
近些年来，随着非侵入性脑刺激技术（NIBS）的不断发展和日臻成熟，经颅近红外激光成为了NIBS诸多技术中不可忽视的耀眼之星！首先，它不会产生刺痛感和噪声；其次，与经颅直流电刺激反应不同，近红外激光的治疗过程较为舒缓；最重要的是，目前尚未发现副作用或相关危害。以上这些特点，无疑都使经颅近红外激光的临床依存性得到了保障。
究其原理，其实并不复杂。近红外光穿过颅骨进入大脑皮层后，使颅内神经元中的细胞色素C氧化酶（CCO）催化效率和三磷酸腺苷（ATP）合成效率得到提升，从而增加大脑代谢能量、氧气消耗和血液流量，实现对神经元内线粒体呼吸作用的调节，最终“悄然无息”地改善认知功能。
在实验室模型中，经颅近红外激光可显著缓解阿尔茨海默病（AD）小鼠的β淀粉样蛋白（Aβ）沉积并改善认知障碍[2]。一旦具有改善认知障碍的潜力，那可是妥妥的自带流量！
于是，关于人类的临床研究也在如火如荼地进行。有研究表明，经颅近红外激光不仅能改善AD患者的认知功能[3,4]，对其他神经退行性疾病也同样发挥效果[5,6]，另外还可以改善持续注意力和情绪[7]以及增强执行功能[8]。
不过，不同的波长对CCO吸收率影响较大，虽在600-1100nm波长范围内可能都有改善认知功能的潜力，但对于最佳波长的选择一直都悬而未决。
所以，根据1064nm波长经颅近红外激光刺激右侧前额皮层可提高老年人群认知功能[9]，研究团队招募了90名正常成年人，在假设上述光调节方案也可增强视觉工作记忆能力的前提下，设计了四个双盲、对照实验。
具体而言，27人参加实验1（1064nm波长刺激右侧前额皮层，方向实验，其中5名男性，平均年龄22岁）；实验2纳入21人（1064nm波长刺激右侧前额皮层，颜色实验，其中7名男性，平均年龄22.8岁）；实验3有21人（852nm波长刺激右侧前额皮层，方向实验，其中8名男性，平均年龄22.7岁）；实验4纳入21人（1064nm波长刺激左侧前额皮层，方向实验，其中14名男性，平均年龄22.8岁）。
实验1和实验2：每次12分钟的1064nm波长近红外激光或安慰剂照射右侧前额皮层
实验1和2的参与者在间隔一周的时间内执行了两个不同的疗程，分别经过12分钟的经颅近红外激光和安慰剂照射之后，进行经典的记忆检测任务（包含高负荷和低负荷），并被要求记住屏幕中出现物体的方向（实验1）或颜色（实验2）。在采集脑电图和行为数据分析后，有11名参与者因数据不完整或脑电图质量低而被排除。
视觉工作记忆非常复杂，在即时处理和保存相关认知信息的过程中，往往无法直接获得相关神经学数据，所以研究团队通过优化K值来评估视觉工作记忆效果，以量化经颅近红外激光刺激和工作记忆增益之间的关系。
研究结果证实，1064nm波长的经颅近红外激光刺激右侧前额皮层，可增强工作记忆容量。相对于安慰剂照射组，经颅近红外激光刺激可显著增强方向和/或颜色任务的K值（P＜0.001），提示显著改善工作记忆，其中两种任务之间无显著性差异（P＝0.779）。
参与者接受经颅近红外激光和安慰剂照射后对变化检测任务的反应
接下来，研究团队继续探究经颅近红外激光改善工作记忆的波长和脑区特异性。
理论上，完美的近红外激光波长应同时具备深度穿透人体组织和最佳CCO吸收率。由于CCO的光子吸收峰接近852nm，在此波长吸收较多，但因更为散射，导致深入组织能力较差。相对而言，1064nm波长可穿透更深的人体组织，不过吸收相对较少。鱼和熊掌的问题总是需要一较高下，于是研究团队选择1064nm（良好穿透）和852nm（良好吸收）波长来确定出经颅近红外激光刺激的最佳波长。
结果发现，经颅近红外激光对工作记忆的影响是1064nm波长特有的，在相同功率和刺激时间下，产生相同热量的852nm波长刺激右侧前额皮层并不能改变参与者方向任务的K值。在双向混合效应ANOVA分析中也进一步表明工作记忆改善仅发生在1064nm波长刺激后。
852nm波长（实验3）和1064nm波长（实验1）刺激右侧前额皮层后
定向任务的K值和对侧延迟活动组量效应
既然知晓了波长的特异性，那么对于左右有别的大脑，经颅近红外激光刺激不同部位是否也会导致大不同呢？意料之中，1064nm波长刺激左侧前额皮层并不会改善工作记忆能力。
值得注意的是，经颅近红外激光刺激对不同工作记忆能力的参与者均有显著改善，这与经颅直流电刺激仅对工作记忆能力较低的个体有效不同，也体现出更为广泛的人群应用优势。
当然本研究也存在一些局限性，比如说随访时间较短，暂时无法知晓增益效用是否可以长期维持；量化方法与增强工作记忆之间的强因果关系还需进一步确定。
瑕不掩瑜的是，以上结果对经颅近红外激光领域的研究人员、临床医生以及商业公司均有积极的启示。在未来，随着更多生物物理和神经生物学的深入研究，经颅近红外激光作为一种安全、有效、无创、简单的光神经调节方式，尤其在改善认知功能方面，也许会得到越来越多的临床应用。更多的AD、帕金森病、精神分裂症以及注意力缺陷多动障碍患者，可能会因此获益匪浅。
圣奥古斯丁说过：日光穿透乌云浊气，自己却一尘不染。如今，经颅近红外激光穿透大脑皮层，留下的是改善认知。
奇点糕不禁也在遐想，在才思枯竭无法写出稿子的时候，若是能拿出个可穿戴设备简单照射下大脑皮层，就可以妙笔生花，文采飞扬，那真是美滋滋啊！
参考文献：
1. Zhao C, Li D, Kong Y, et al. Transcranial photobiomodulation enhances visual working memory capacity in humans. Sci Adv. 2022;8(48):eabq3211. doi:10.1126/sciadv.abq3211.
2. Tao L, Liu Q, Zhang F, et al. Microglia modulation with 1070-nm light attenuates Aβ burden and cognitive impairment in Alzheimer's disease mouse model. Light Sci Appl. 2021;10(1):179. Published 2021 Sep 8. doi:10.1038/s41377-021-00617-3.
3. Berman MH, Halper JP, Nichols TW, Jarrett H, Lundy A, Huang JH. Photobiomodulation with Near Infrared Light Helmet in a Pilot, Placebo Controlled Clinical Trial in Dementia Patients Testing Memory and Cognition. J Neurol Neurosci. 2017;8(1):176. doi:10.21767/2171-6625.1000176.
4. Nizamutdinov D, Qi X, Berman MH, et al. Transcranial Near Infrared Light Stimulations Improve Cognition in Patients with Dementia. Aging Dis. 2021;12(4):954-963. Published 2021 Jul 1. doi:10.14336/AD.2021.0229.
5. Cassano P, Petrie SR, Hamblin MR, Henderson TA, Iosifescu DV. Review of transcranial photobiomodulation for major depressive disorder: targeting brain metabolism, inflammation, oxidative stress, and neurogenesis. Neurophotonics. 2016;3(3):031404. doi:10.1117/1.NPh.3.3.031404.
6. Caldieraro MA, Cassano P. Transcranial and systemic photobiomodulation for major depressive disorder: A systematic review of efficacy, tolerability and biological mechanisms. J Affect Disord. 2019;243:262-273. doi:10.1016/j.jad.2018.09.048.
7. Barrett DW, Gonzalez-Lima F. Transcranial infrared laser stimulation produces beneficial cognitive and emotional effects in humans. Neuroscience. 2013;230:13-23. doi:10.1016/j.neuroscience.2012.11.016.
8. Blanco NJ, Maddox WT, Gonzalez-Lima F. Improving executive function using transcranial infrared laser stimulation. J Neuropsychol. 2017;11(1):14-25. doi:10.1111/jnp.12074.
9. Vargas E, Barrett DW, Saucedo CL, et al. Beneficial neurocognitive effects of transcranial laser in older adults. Lasers Med Sci. 2017;32(5):1153-1162. doi:10.1007/s10103-017-2221-y.
本文作者丨Mr. Origin
责任编辑丨代丝雨