「一二一、一二一！」利用大腦中的自然節奏有望幫助治療帕金森症

「一二一，一二一」，大腦中也有走路的節奏？新的研究表明：對大腦中自然節奏的研究有望幫助治療帕金森氏綜合症。

在行走的過程中，我們的大腦也在「數節奏」；供圖：Ryan DeBerardinis

來源| AIP InsideScience

作者| James Gaines

「踏步走，一二一，一二一。」即便我們現在是坐著的，大腦里也很容易浮現出走路的節奏，甚至能感覺到左、右腳在隨著節奏跳動。最新研究表明，「一二一」的節奏也存在於我們的大腦中。該發現將有助於治療運動障礙疾病，例如，帕金森氏綜合症。

帕金森氏綜合症是一種神經退化型疾病。在美國，目前大約有100萬人深受其累，而且每年有大約6萬例新增病例。帕金森氏綜合症可以有許多不同的癥狀，從睡眠障礙，抑鬱，到運動遲緩或震顫，都可能是帕金森氏綜合症的表現。

帕金森氏綜合症除了能導致運動障礙之外，還能引發睡眠障礙和抑鬱；圖片來自網路

帕金森氏綜合症還有一種常見但並無很多人知曉的癥狀，臨床表現為暫時無法移動，我們稱之為「運動凝固症」。這種癥狀往往發生在患者走路或正要站起來的時候，由於精神緊張或試圖同時做多件事情而引發該癥狀。據經歷過該癥狀的患者描述，當時的感覺就像自己的腳突然被粘在地上，心裡想要繼續前進，但完全動彈不得。

「運動凝固症」讓很多患者都感到十分苦惱，有時甚至會危及其人身安全，因為突然無法移動腳步會導致摔傷或其他嚴重傷害。藉助藥物和其他療法可幫助緩解該癥狀，例如，其中有一種療法，被稱為「腦部深度刺激」療法。這種療法通過在患者大腦中植入電極，激發脈衝電流刺激大腦——其功能類似心臟起搏器，進而可以幫助患者恢復正常的腦部活動。

著名的物理學家斯蒂芬·霍金也有運動凝固症（但不是帕金森症）；圖片來自網路

除了醫療手段之外，其他輔助手段對於治療運動凝固障礙也很有幫助，比如唱歌，尤其是那些節奏感非常強的歌。當然，哼唱也可以，甚至只是想想那些強節奏感的歌曲都行。

「我感到非常吃驚，在這個過程中，患者的運動機能會突然增強。」來自英國牛津大學的研究員佩特拉·費舍爾說到，「這也是我真正研究的開始。」

費舍爾教授和她的合作者們猜測：歌曲的強烈節奏感有助於患者腦部重建運動功能的自然節奏。

為了證實他們的猜測，研究者們不得不開始探究，大腦中是否真的存在所謂的運動節奏。

經過分析討論，該研究團隊將研究重點放在了大腦中一個被稱為「丘腦底核」的特定區域。這是一個位於大腦深部的小塊區域，它幫助大腦停止執行那些非必要的行為，看上去就像大腦世界裡的交通警察，負責決定哪些身體運動是允許執行的。

丘腦底核（subthalamic nucleus）在大腦中的位置；圖片來自網路

費舍爾研究員表示：「在身體運動發生之前的短暫時間裡，該區域神經活動開始減慢，當運動發生時，它通常被完全抑制，隨著身體運動停止，該區域神經活動又重新反彈。」就像交通警察在允許一輛汽車通過之後，又回到原來的崗位上繼續指揮交通。

該過程也正是「腦部深度刺激」療法的目標所在。

既然研究的區域已經確定，那麼下一步就是觀察人在行走過程中，該區域活動的自然規律了。

費舍爾教授和她的研究團隊研究了16個植入「腦部深度刺激」裝置患者的行為。他們被要求一邊觀看正在行走的卡通人物，一邊自己原地踏步。與此同時，研究者通過植入他們大腦中的電極來探測丘腦底核的神經活動。

「腦部深度刺激」療法示意圖，治療中通常需要將電極設備植入大腦深處；圖片來自網路

通過分析這些實驗數據，費舍爾教授的研究團隊發現結果正如他們所料：丘腦底核左右兩側的神經活動會隨著人們的踏步而出現交替的增強-減弱現象，並且其節奏與踏步的節奏完全吻合。加入節拍器的聲音則可以增強這種效應。

既然已經明確了在大腦內部的確存在掌管運動的自然節奏，那麼下一步就是如何在「腦部深度刺激」治療中模擬這種節奏了，費舍爾教授解釋到。如果「運動凝固症」是由腦部的運動節奏中斷而引發，那我們就可以設計發明一種設備，來幫助那些對常規療法和藥物沒有反應的患者恢復大腦中運動的自然節奏。

費舍爾教授的研究團隊並不是唯一一個研究如何設計更精密的腦部刺激裝置的實驗組。目前很多研究人員都在致力於製造更智能、更自動化的腦部刺激裝置。

施行了「腦部深度刺激」療法的患者頭部透視圖；圖片來自網路

來自美國佛羅里達大學的神經學家阿道弗?拉米雷斯-薩莫拉教授說：「目前，在該領域，科學技術已經發展到可以直接識別並記錄這類腦部的異常活動，並讓設備參照特定的指令去執行。」

拉米雷斯-薩莫拉教授並沒有參與費舍爾教授的該項研究，但是對她們的研究結果表示了高度的肯定：該研究發現了大腦內部潛在的行為和小秘密，這對於設計更加智能的腦部刺激裝置十分重要。

拉米雷斯-薩莫拉教授稱：「現在，我們已經認識到，通過識別疾病的生理性生物標記物，不僅能夠設計出更好的設備，並且可以在這些異常病症發生時作出有針對性的響應。」

當然，費舍爾教授還有許多其他疑問要解答。例如，激活這些假想智能設備的最好方法是什麼? 這些設備需要一直追蹤病人的動作嗎? 如何確保它們模擬輸出的節奏不會太快或者太慢?

費舍爾教授表示：「在真正應用於實際之前，我們還有很多事情要做。」

但可以確定的一點是，這項工作在未來無疑會幫助那些深受運動障礙疾病折磨的人們，比如，讓帕金森氏綜合症患者輕鬆行走。

利用大腦的自然節奏，或可幫助帕金森症患者輕鬆行走；圖片來自網路

費舍爾團隊的這項研究發表於5月14日的《神經科學雜誌》。

翻譯 | 谷大春

責編 | 高佩雯

https://www.insidescience.org/news/brain-activity-alternates-while-walking

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

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