北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室牛海晶课题组在Neurophotonics期刊在线发表题为“Repeated transcranial photobiomodulation improves working memory of healthy older adults: behavioral outcomes of poststimulation including a three-week follow-up”的研究论文。该论文使用最新的神经调控技术——经颅光生物调节（transcranial photobiomodulation，tPBM）对健康老年人左侧背外侧前额叶进行一周光刺激（每天一次，每次12分钟），结果发现一周重复光刺激能够有效改善健康老年人工作记忆，并且这种改善效果能够维持至少3周。
认知功能下降是人口老龄化进程中面临的重要问题，发展改善老年人认知能力的技术或方法是当前解决该问题的重要手段。经颅光生物调节是一种新兴的非侵入性神经功能调节技术，通过低功率、高通量的近红外光以非破坏性和非热的方式调节大脑皮层内线粒体呼吸作用，进而增强大脑供氧及代谢效率，达到改善脑功能的效果。研究表明，10分钟左右的单次光刺激可以明显改善健康成年人的记忆、注意以及执行功能等高级认知能力。然而，光刺激是否可以改善老年人的记忆功能还尚未得知。人脑老化过程中脑外组织厚度有所增加，因此光刺激时入射到老年人大脑皮层的光子数目可能相对减少，因此本研究采用重复光刺激对老年人工作记忆进行干预。同时，我们也对一周重复干预与单次干预对老年人工作记忆改善情况进行对比，以期明确不同干预时长对老年人工作记忆改善的影响。最后，实验通过引入3周纵向追踪研究，进一步探究一周重复光刺激对老年人工作记忆改善可以维持的时间长度。
本研究采用假刺激对照、单盲以及被试内的实验设计，并采用N-back评价受试者工作记忆能力。研究分为实验组和控制组。实验组招募了61名健康老年人。实验流程包括基线期行为记录、光刺激干预（连续7天，每天对被试的左侧额叶皮层进行12分钟光刺激，激光参数：1064 nm，250 mW/ cm2）和3周随访（每周1次认知检测）（图1）。干预期的第1天和第7天以及随访期的第1周、第2周以及第3周分别记录了受试者工作记忆表现。同时，本研究为了排除练习效应和安慰剂效应引入了实验对照组，共25名参与者。研究采用SPSS对实验组数据进行重复测量方差分析，采用置换检验对对照组数据进行分析，以比较随访期与干预期第7天/基线期之间的工作记忆表现差异，所有统计比较阈值均为0.05。
图1 实验设计示意图。本研究分为实验组和对照组，每组均经历基线期、干预期(实验组为真刺激，对照组为假刺激)和随访期。分别在基线期、干预期的第一天(Day 1)和第七天(Day 7)以及随访期的第一周(Follow-up 1)、第二周(Follow-up 2)和第三周(Follow-up 3)记录受试者N-back工作记忆表现。
研究发现：1）与基线相比，单次和重复光刺激干预均能够显著提高1-back、3-back任务的正确率，并降低3-back任务的反应时（图2）；2）重复光刺激干预下的正确率显著高于单次光刺激干预；3）重复光刺激对正确率和反应时的改善效果持续了至少3周（图3）；4）对照组的工作记忆表现没有显著改善。综上可以看出，一周重复光刺激能够能够明显改善健康老年人的工作记忆表现，并且这种改善效果能够持续至少3周。本研究结果为重复光刺激干预改善老年人的记忆能力提供了行为层面证据。
图2 重复光刺激和单次光刺激对工作记忆改善的影响及评价。结果显示，与基线相比，单次光刺激和重复光刺激均能够显著提高1-back、3-back任务的正确率(图a)，并降低3-back任务的反应时(图b)。然而，重复光刺激对工作记忆改善效果优于单次光刺激。
图3 重复光刺激对工作记忆改善的持续时长评价。比较随访期与干预期第7天(图a)、基线期(图b)的正确率和反应时发现，重复光刺激能有效地改善健康老年人的工作记忆能力，并且这种改善效果能够持续至少3周。
本研究获得了国家自然科学基金和认知神经科学与学习国家重点实验室开放研究基金的资助。论文第一作者为北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室在读博士屈秀娟，通讯作者为北京师范大学牛海晶副教授和宣武医院韩璎教授。已毕业硕士生黎乐轩、在读硕士生周小涵以及宣武医院的杨勤在研究中做出了贡献。
论文：Xiujuan Qu, Lexuan Li, Xiaohan Zhou, Qi Dong, Hanli Liu, Hesheng Liu, Qin Yang, Ying Han* and Haijing Niu*. Repeated transcranial photobiomodulation improves working memory of healthy older adults: behavioral outcomes of poststimulation including a three-week follow-up. Neurophotonics (2022).
