Li-Huei Tsai在實驗室為一些小鼠設立了一個微小的“迪斯科舞廳”。每天，Tsai會讓它們在僅由搖曳的閃光燈照亮的箱子中呆一個小時。這些被改造用于產生大腦中β淀粉樣蛋白斑塊（阿爾茨海默氏癥的典型標志）的小鼠好奇地爬來爬去。當Tsai隨后將它們解剖時，和花費同樣時間呆在黑暗中的同類相比，參加迷你“舞會”的小鼠明顯擁有較低水平的斑塊。
Tsai是美國麻省理工學院（MIT）神經科學家。她介紹說，自己檢查了結果，并且再次進行了核實。“曾經很長一段時間，我并不相信這一結果。”Tsai團隊成功地利用閃爍的燈光清除了來自部分大腦的淀粉樣蛋白。閃光燈被調整到40赫茲，并且被用于操控這些嚙齒類動物的腦波，從而觸發一系列消除斑塊形成蛋白的生物學效應。盡管在阿爾茨海默氏癥小鼠模型中獲得的令人振奮的結果很難在人類身上復制，但上述試驗提供了一些誘人的可能性。“研究結果令人難以置信并且很可靠，以至于其被完全理解需要一段時間。但我們知道，需要找到一種在人類身上嘗試相同事情的辦法。”
近100年前，科學家辨別出持續在大腦中傳送的一波又一波的電活動。不過，他們一直在努力為這些振蕩分配一個在行為或大腦功能中所起的明確角色。研究將腦波同睡眠期間的記憶鞏固強烈聯系在一起，并使其牽扯到處理記憶輸入甚至是協調意識。然而，并非每個人都相信腦波具有如此重要的意義。“目前，我們真的不知道它們在做什么。”哥倫比亞大學神經科學家Michael Shadlen表示。
如今，包括Tsai的發現在內，越來越多的證據表明，腦波同諸如阿爾茨海默氏癥、帕金森氏病等神經系統疾病存在有意義的關聯。最新工作提供了在不利用藥物的情形下，預防甚至逆轉此類疾病所造成損傷的可能性。20余項臨床試驗正試圖通過某種方式調解腦波—— 一些利用閃光燈或者有節奏的聲音，但大多數將電流直接應用于大腦或者頭皮。它們的目標是治療從失眠到精神分裂癥以及經前焦慮癥的所有相關疾病。
強大的腦波
神經元利用離子流入和流出每個細胞時創建的電脈沖進行交流。盡管單個放電神經元無法通過腦電圖的電極被捕捉到，但當一群神經元同步重復放電時，便會以穿過大腦的振蕩電漣漪的形式表現出來。
在任何時間點上，一種腦波往往占主導，盡管其他類型也在某種程度上一直存在。長久以來，科學家想知道，如果有的話，這種活動充當了何種目的。過去30年間，一些線索開始浮現出來。例如，1994年，利用小鼠開展的試驗發現，睡眠期間發生的振蕩活動的獨特模式反映了此前學習期間的模式。科學家提出，這些腦波或能幫助鞏固記憶。
腦波似乎還影響意識知覺。來自加州大學伯克利分校的Randolph Helfrich和同事設計了一種利用名為經顱交流電刺激（tACS）的非侵入性技術增強或者減少伽馬振蕩的方法。通過調整這些振蕩，它們能影響一個人是否感知到垂直或者水平穿行的移動圓點視頻。
這些振蕩還為破解“捆綁問題” 提供了潛在機制。“捆綁問題”是指大腦如何創建由觸及感官的混亂的刺激物“交響曲”在任何時候產生的連貫體驗。通過使大腦應對同一事件的神經元放電速率同步，腦波可能確保同一個物體存在關聯的所有相關信息在正確的時間到達正確的區域。加州大學伯克利分校認知神經科學家Robert Knight表示，協調這些信號對于認知至關重要。“你無法僅祈禱它們會自我組織。”
健康振蕩
不過，這些振蕩會在某些疾病中遭到破壞。例如，對于帕金森氏病來說，隨著身體運動受到損傷，大腦通常開始在運動區域表現出β-波增加。在健康的大腦中，β-波在身體移動前是被抑制的。但在帕金森氏病中，神經元似乎陷入了同步的活動模式。這帶來了僵化和運動困難。在英國牛津大學研究帕金森氏病的Peter Brown介紹說，目前針對該疾病癥狀的療法——深度大腦刺激和左旋多巴藥物——可能通過減少β-波發揮作用。
阿爾茨海默氏癥患者則表現出伽馬振蕩的減少。因此，Tsai 和其他人想知道伽馬波活動能否被修復，以及這是否將對疾病產生任何影響。
他們從利用光遺傳學入手。通過此項技術，大腦細胞被改造，從而可對一道閃光直接作出響應。2009年，Tsai團隊和當時也在MIT工作的Christopher Moore合作，首次證明利用該技術向小鼠大腦特定部分驅動伽馬振蕩是可能的。
Tsai和同事隨后發現，修復這些振蕩能調動一系列生物學效應。它會啟動導致小神經膠質細胞（大腦中的免疫細胞）改變形狀的基因表達發生變化。這些細胞基本上進入“清道夫”模式，從而更好地處理大腦中的有害雜物，比如β-淀粉樣蛋白。美國國家神經障礙和中風研究所所長WKoroshetz介紹說，同神經免疫聯系起來的觀點很新鮮且引人注目。“雖然類似于大腦中小神經膠質細胞這樣的免疫細胞所起的作用非常重要，但它們并未得到很好的理解。這是目前最熱門的研究領域之一。”
迎來轉機
無論如何，人們對于利用神經調制而非藥物治療神經系統疾病，顯然變得越來越興奮。“大量證據表明，通過改變神經回路活動，我們可以使帕金森氏病、慢性疼痛、強迫癥和抑郁癥得到改善。”美國國家心理健康研究所神經科學家、精神病學家Thomas Insel表示，這很重要，因為迄今為止針對神經系統疾病的藥物治療一直缺乏特異性。Koroshetz補充說，資助機構正在急切地尋找具有創新性、非侵入性并且可迅速轉移到人類身上的療法。
與此同時，西北大學神經學家Phyllis Zee和同事在健康老年人睡覺期間向他們發送了“粉紅噪聲”脈沖——聽上去有點像瀑布的音頻。他們尤其對誘發標志著深度睡眠的δ振蕩感興趣。這方面睡眠隨著年齡漸長而減少，并且同鞏固記憶的能力下降相關。
目前，Zee團隊發現，刺激增加了這種慢波的振幅，并且同虛假治療相比，在回想起頭一天晚上學到的單詞對方面，和25%~30%的改善存在關聯。其團隊正在開展一項臨床試驗，旨在觀察更長時間的聲頻刺激是否可能幫助人們改善輕度認知功能障礙。
盡管這些技術相對安全，但也存在限制。例如，神經反饋很容易學習，但產生效應需要時間，并且效果通常是短暫的。在利用磁或者聲頻刺激開展的試驗中，很難確切地指出大腦哪個區域受到了影響。“目前，外部大腦刺激領域的研究還相對薄弱。”Knight表示，很多方法是開環的，意味著它們并未追蹤利用腦電圖進行神經調制的影響。閉環會更加實際。像Zee開展的一些涉及神經反饋的試驗已經在這樣做。“我認為，這個領域正迎來轉機。”Knight說，“它正在吸引一些嚴肅的研究。”