封面故事／問世100年 腦波圖揭祕

腦電圖(腦波圖，Electroencephalography，EEG)發明於1924年7月6日，今年已問世100周年，在人腦研究領域帶來深遠的影響，它不僅能一窺人腦感覺、記憶、認知的奧秘，在診斷癲癇等多種腦部疾病上也有莫大幫助。緬因州鮑登學院(Bowdoin College)心理學及神經科學系副教授奈赫斯(Erika Nyhus)撰文回顧這百年來腦電圖的貢獻，以及未來它還能有哪些新用途。

尋找人類精神能量

1924年7月6日，德國精神科醫師伯格(Hans Berger)記錄了一名正在接受神經外科手術的17歲男孩的腦電波，是人類史上首次腦電圖紀錄；伯格等研究人員先前已紀錄過動物的腦電波。

但伯格的與眾不同之處在於，他執著於尋找人類所謂的「精神能量」或心智努力(mental effort)的實體證明。伯格從職涯初期便不斷實驗，測量大腦體積和溫度，研究智力工作、注意力和欲望等心理過程的變化，然後才進入到腦電波紀錄。儘管1924年就記錄了人腦電波，但直到1929年才發表結果，這五年間伯格不斷自我懷疑其電波訊號來源的可信程度，並致力完善實驗結果，記錄了數百個腦電圖。

最終伯格在雜誌上發表了一系列論文，然而學界當時質疑他的研究並嗤之以鼻，直到好幾年後才有人開始在各自的研究中使用腦電圖。伯格最終在1940年獲得諾貝爾獎提名，但隔年便因長年憂鬱症、皮膚感染而上吊自戕。

揭開大腦運作的關鍵

伯格1924年最初的腦電圖指出，節律活動占主導地位，每秒循環8至12次，即頻率範圍在8至12赫茲的神經振盪(neuron oscillation)，稱為阿爾法節律(alpha oscillations，Alpha波)。自從發現Alpha波後，科學家進行各種試驗來了解神經元，最後認為神經振盪對於特定大腦區域之間的有效溝通非常重要，如頻率在4至8赫茲的theta節律是編碼和檢索記憶的大腦區域之間的溝通關鍵。腦電圖也揭開大腦如何在感知環境、集中注意力、語言交流、情緒處理等領域處理資訊。

研究人員隨後想了解是否可以改變神經振盪來影響神經元交流的方式。奈赫斯便說她的研究團隊發現，正念冥想(mindfulness meditation)可以增加theta節律、改善記憶檢索；非侵入性腦刺激(NIBS)也可以針對該頻率達到相同效果。

如今腦電圖通常用於診斷睡眠障礙和癲癇，並提供腦部疾病治療的參考。科學家正用腦電圖觀察NIBS否可以改善記憶力，如一項研究發現25赫茲的伽瑪頻率刺激可以改善阿茲海默症患者的記憶力和神經傳導。

奈赫斯及一些研究人員預測腦電圖主要還是用於診斷和治療大腦疾病。其他人則預計會發展出價格平易近人、可穿戴式的腦電圖設備，廣泛用於增強家庭認知功能；或無縫整合到虛擬實境(VR)應用程式中，可能性是無遠弗屆的。