两个脑区——内侧额叶皮层和外侧前额叶皮层——控制着大部分执行功能。研究人员利用高精度经颅交流电刺激（HD-tACS）同步了这两个脑区之间的振荡，从而改善了大脑信息处理。而去同步化则产生了相反的效果。
Robert Reinhart 将内侧额叶皮层称为大脑的“警钟”。
“如果你犯了一个错误，这个大脑区域就会激活，”波士顿大学心理与脑科学助理教授 Reinhart 说道。“如果我告诉你犯错了，它也会激活。如果有什么事让你惊讶，它也会激活。”在钢琴上弹错一个音符，内侧额叶皮层就会亮起，帮助你尽快纠正错误。在健康人中，这一大脑区域与附近的区域——外侧前额叶皮层——携手合作（或者可以说是“叶叶相连”），后者是一个存储规则和目标的区域，在改变我们的决策和行动方面也发挥着重要作用。
“这也许是涉及执行功能和自我控制的两个最基本的大脑区域，”Reinhart 说道，他使用一种称为高清晰度经颅交流电刺激（HD-tACS）的新技术，通过放置在参与者头皮上的电极来刺激这两个区域。利用这项新技术，他发现改善这两个区域之间脑波或震荡的同步性，可以增强它们之间的交流，使参与者在与学习和自我控制相关的实验室任务中表现更好。相反，去同步化或破坏这些区域脑波的时机，会削弱参与者学习和控制行为的能力，而 Reinhart 可以通过改变电刺激的施加方式迅速修复这种影响。这项工作于 2017 年 10 月 9 日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，表明电刺激可以快速且可逆地增强或减弱健康人的执行功能，并改变他们的行为。这些发现有朝一日可能催生出能够增强正常大脑功能的工具，甚至可能帮助治疗从焦虑症到自闭症的各种疾病。
“我们一直在寻找大脑活动与行为之间的联系——光有其中一样是不够的。这也是这一发现如此令人兴奋的部分原因，”未参与该研究的波士顿大学心理与脑科学教授 David Somers 说道。Somers 将这种刺激比作大脑的“涡轮增压”。“搞砸大脑很容易，但要真正改善功能却难得多。”
最近的研究表明，内侧额叶皮层和外侧前额叶皮层中数以百万计的细胞群可能通过其同步震荡的精确时机相互交流，而这些脑节律似乎以相对较低的频率发生（约每秒 4 到 8 个周期）。虽然科学家们以前研究过这些波，但 Reinhart 是第一个使用 HD-tACS 来测试这些细胞群如何相互作用，以及它们的相互作用是否对学习和决策具有行为学意义的人。在这项由美国国立卫生研究院资助的工作中，Reinhart 能够使用 HD-tACS 分离并改变这两个特定的大脑区域，同时通过脑电图（EEG）记录参与者的脑电活动。
“这项科学研究的力度比早期的研究更强，也精确得多，”Somers 说。
在他的第一轮研究中，Reinhart 测试了 30 名健康参与者。每位受试者都戴着一顶装有刺激大脑活动电极的软帽，同时另有电极监测脑波。（Reinhart 说，该过程是安全、无创的，而且不痛。“前 30 秒会有轻微的刺痛感，”他说，“然后人们就习惯了。”）然后，在 40 分钟内，参与者执行了一项时间估计学习任务，当他们认为已经过了 1.7 秒时按下按钮。每次，电脑都会给他们反馈：太快、太慢或刚好。
Reinhart 对这 30 名参与者每人进行了三次测试：一次上调震荡，一次破坏震荡，一次不做任何处理。在 Reinhart 提高两个大脑区域之间同步性的测试中，人们学得更快，犯的错误更少，而且——当他们确实犯错时——能更准确地调整自己的表现。而当他破坏震荡并降低同步性时——粗略地说，就是把开关从“聪明”拨到“愚笨”——受试者犯了更多的错误，学得更慢。这些影响非常微妙，人们自己没有注意到任务表现有任何改善或受损，但结果具有统计学意义。
Reinhart 随后在 30 名新参与者中重复了该实验，增加了一个研究参数，即每次只观察大脑的一侧。在所有情况下，他发现大脑右半球与改变行为的关系更为密切。
接下来是研究中最有趣的部分。又有 30 名参与者进来尝试这项任务。首先，Reinhart 暂时破坏每位受试者的大脑活动，观察他们的脑波去同步化以及任务表现的下降。但这一次，在任务中途，Reinhart 切换了刺激的时机——再次将旋钮从“愚笨”转到“聪明”。参与者在几分钟内就恢复了原来的大脑同步水平和学习行为。
“我们对结果以及刺激的效果能如此迅速地逆转感到震惊，”Reinhart 说。
尽管 Reinhart 提醒说这些结果还非常初步，但他指出，许多精神疾病和神经系统疾病——包括焦虑症、帕金森病、自闭症、精神分裂症、多动症和阿尔茨海默病——都表现出震荡受损。目前，这些疾病大多通过作用于全脑受体的药物来治疗。“药物真的很乱，”Reinhart 说，“它们往往会影响非常大范围的大脑区域。”相反，他设想了一个未来，精准靶向的脑刺激只作用于大脑网络的一个关键节点，“就像一把更精细的手术刀”。Reinhart 的下一阶段研究将在焦虑症患者身上测试这项技术。
当然，这项技术也可能为健康的大脑带来希望。已有几家公司在销售声称既能增强学习又能减轻焦虑的脑刺激设备。YouTube 视频展示了如何用 AA 电池和现成的电子元件自制设备，Reinhart 不鼓励这种做法。“你会伤害到自己，”他说。“你可能会被烧伤，电流还会在脑子里嗡嗡作响好几天。”
不过，他确实看到了其中的吸引力。“我在以前的研究中有志愿者回来问我：‘嘿，哪里能弄到这东西？我很想在考试前拥有它，’”他说。“那是在我们向他们通报情况并且他们阅读了相关论文之后。”
Somers 指出，在该技术成为主流之前，仍有许多问题需要解答：效果能持续多久？效果能有多大？能否从简单的实验室任务推广到更复杂的工作？“但最大的问题，”Somers 说，“是这项技术能走多远。”
“想想任何一个工作日，”Somers 说。“你需要在一个会议上保持高度‘在线’，所以你在午休时间留出一些时间进行脑刺激。我想很多人会非常喜欢这个——这就像喝了三杯咖啡却不会神经过敏。”