文｜觀察未來科技 陳根
腦是人類最為獨特的器官。數(shù)以千億的神經(jīng)元，組成了人腦的基本結(jié)構(gòu)：負(fù)責(zé)處理大部分思維活動的大腦、負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)運動的小腦以及連接其中的腦干。其中，大腦肩負(fù)著調(diào)節(jié)機體功能的重任，同時也是意識、精神、語言、學(xué)習(xí)、記憶和智能等高級神經(jīng)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。
今天，科學(xué)家們不僅僅是停留在了解大腦的結(jié)構(gòu)和功能層面上，而是更進一步地嘗試各種各樣的方法來改變大腦的神經(jīng)活動，這種改變大腦神經(jīng)活動的技術(shù)，也被稱為大腦刺激技術(shù)。人類為什么要改變大腦神經(jīng)活動？改變大腦神經(jīng)活動又會給我們帶來什么？
大腦刺激技術(shù)的今天
大腦是人類所有組織器官中最復(fù)雜和最智能的部分，是整個神經(jīng)系統(tǒng)的樞紐，也是人體所有其它器官的指揮者。
大腦時時刻刻接受來自視神經(jīng)、聽覺神經(jīng)等，以及周圍神經(jīng)系統(tǒng)（Peripheral Nervous System）傳送過來的信號。大腦將這些信號進行解析，并產(chǎn)生感覺，進而對外在環(huán)境做出反應(yīng)形成運動信號。運動信號再通過脊髓傳達到周圍神經(jīng)系統(tǒng)，進而控制肌肉控制人的身體，做出復(fù)雜（高級）運動行為。生物研究領(lǐng)域中的專家學(xué)者經(jīng)過長期的研究，根據(jù)人類大腦中不同活動中的激活狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了不同的腦區(qū)對應(yīng)著不同的認(rèn)知功能，比如視覺、觸覺、聽覺、語言、運動等。
大腦越是重要，就越是吸引著科學(xué)家對其進行探索，比如，通過電刺激來改變大腦神經(jīng)活動，實現(xiàn)疾病的治療。而大腦之所以能通過電刺激而改變神經(jīng)活動，是因為當(dāng)腦神經(jīng)開始處理信息，會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁信號。
從神經(jīng)元的構(gòu)造來看，當(dāng)神經(jīng)元傳達信號時，神經(jīng)元內(nèi)外的帶電離子流動形成電流，電流到達突觸后激發(fā)化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)傳遞信號給下一個神經(jīng)元。當(dāng)一定數(shù)量的神經(jīng)元像集成電路一樣一起工作時，就可以產(chǎn)生能被宏觀的電極所探測到的電磁信號。而電磁信號的變化，又會反映出當(dāng)前皮層區(qū)域的活躍程度。這些信號經(jīng)過放大，編譯變成了包含信息的信號。
早在公元47年左右的美索不達米亞，就有人使用電鰻的生物電來調(diào)節(jié)疼痛以及治療關(guān)節(jié)炎、頭疼等；而第一例記錄在案的為病人實施的腦部電流刺激，則在1874年，美國醫(yī)生Roberts Bartholow進行一場開顱手術(shù)時，對病人大腦皮質(zhì)進行了電刺激并誘發(fā)了癲癇。
經(jīng)過百余年的發(fā)展，今天，大腦刺激技術(shù)已不是一件多么新鮮的事情，而變成了關(guān)乎技術(shù)是否成熟的事情。
目前，大腦刺激技術(shù)可以分為非侵入性和侵入性。非侵入性刺激由兩種技術(shù)完成：1985年推出的經(jīng)顱磁刺激（TMS），和經(jīng)顱電刺激（tES）。其中，TMS是一種利用磁場脈沖來改變大腦神經(jīng)活性的技術(shù)。治療時需要專業(yè)人員將一個磁場很強的可以產(chǎn)生脈沖信號的電磁鐵放到人體的背外側(cè)前額葉皮層之上。一個月的經(jīng)顱磁刺激治療被證明可以非常有效地抵抗抑郁癥。經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）則是最常用的tES形式。
這些非侵入性技術(shù)是通過電極或磁場直接作用于病人的頭皮，產(chǎn)生電流以刺激腦細(xì)胞。侵入性刺激，比如腦深部刺激（DBS），則是通過手術(shù)植入大腦深處的電極將電流傳入皮質(zhì)下區(qū)域。在多種復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，DBS都已經(jīng)顯示出超越傳統(tǒng)藥物治療的潛力。
與侵入性不同，由于非侵入性方法不需要麻醉和手術(shù)操作，因此，非侵入性方法比侵入性方法更受歡迎。TMS和tES這兩種非侵入性技術(shù)已被用于臨床，在許多國家已被規(guī)范用于臨床，目前已被FDA批準(zhǔn)。此外，侵入性技術(shù)DBS也是FDA批準(zhǔn)的治療方法，在20世紀(jì)80年代末，它開始作為改變不自主運動障礙患者生活的療法出現(xiàn)。
更進一步的大腦刺激技術(shù)
當(dāng)前，大腦刺激技術(shù)作為一種有效的治療手段被應(yīng)用于許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療，正在迅速發(fā)展，比如，對于患有嚴(yán)重或無法治愈的癲癇的患者來說，在他們的大腦中植入電極一周或更長時間是非常常規(guī)的操作。這使得醫(yī)生能夠找出他們的癲癇發(fā)作從大腦的哪個部位開始，因此外科醫(yī)生可以切除那部分腦組織并停止癲癇發(fā)作。可與預(yù)見，在未來幾年里，至少有一些形式會成為醫(yī)學(xué)的主流。
除了治療外，隨著腦機接口等前沿技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們還在嘗試更進一步，借助相關(guān)技術(shù)改變大腦的神經(jīng)活動。比如，近期，在英國倫敦的一場科學(xué)會議上，包括神經(jīng)科學(xué)家、腦外科醫(yī)生、精神病學(xué)家和倫理學(xué)家等，就在討論利用磁脈沖或電脈沖改變大腦運作方式的最新技術(shù)，包括了解它們的運作方式，以及如何更好地使用它們。
雖然我們已經(jīng)知道，大腦刺激可以幫助一些對藥物沒有反應(yīng)的帕金森病和抑郁癥患者，但這次會議上的科學(xué)家們還在突破界限。
比如，將電極植入大腦以幫助我們理解其他疾病。以抑郁癥為例，多個研究團隊正在調(diào)查大腦深層刺激是否能幫助那些嚴(yán)重癥狀的人，這些癥狀不能用典型的抗抑郁藥治療，甚至不能用電驚厥療法等最后手段來治療。
2022年，一研究團隊在《自然·醫(yī)學(xué)》上發(fā)表了突破性的進展。該團隊通過10天的神經(jīng)電生理活動監(jiān)測鎖定了一名重度抑郁癥患者發(fā)病時特有的標(biāo)志性電信號，隨后將特制的微型感應(yīng)電極植入此監(jiān)測位置，并與治療位置的刺激電極相連。當(dāng)特定電信號出現(xiàn)時，該設(shè)備就會向治療位置傳遞微小劑量的電流，改變患者的神經(jīng)活動。在治療開始12天后，患者的蒙哥馬利抑郁量表評分就大幅下降，并在隨后數(shù)月內(nèi)都維持著較低水平。
此外，科學(xué)家還在探索大腦刺激治療強迫癥、酒精和物質(zhì)使用障礙、中風(fēng)恢復(fù)，甚至長期新冠肺炎。而另一些人正在研究如何增強健康大腦的工作方式，無論是通過改善我們的記憶力，還是幫助我們變得更警覺或更擅長數(shù)學(xué)。
而一些新近的技術(shù)則嘗試通過刺激大腦記錄和分析人們大腦中大量數(shù)據(jù)——這有助于我們弄清楚當(dāng)我們休息、聊天或吃飯時大腦在做什么。一個團隊的研究數(shù)據(jù)顯示，大腦似乎在相對穩(wěn)定和混亂之間循環(huán)。
另一種趨勢是遠(yuǎn)程大腦刺激療法，遠(yuǎn)程大腦刺激療法可以在給在家中的人們提供治療，同時將他們的大腦記錄發(fā)送到醫(yī)生的辦公室。不過，這兩種方法都涉及收集、存儲和共享大腦數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能會揭示大腦在任何給定時間的狀態(tài)，并提示人們當(dāng)時正在做什么或感覺什么。
大腦刺激的未竟和未來
大腦刺激技術(shù)的未來潛力是顯而易見的，借助一系列的神經(jīng)學(xué)技術(shù)，人們有可能直接對人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)施加影響。不過，除了治療的意義外，大腦刺激技術(shù)也涉及到了倫理學(xué)的問題。
其中的一個問題是，即便是通過大腦刺激技術(shù)進行神經(jīng)醫(yī)學(xué)治療，但如果對患者的精神造成了改變，又是否能被允許？實際上，當(dāng)前，已經(jīng)有一系列與之相關(guān)的典型的對病人生活造成損害的精神病學(xué)特征，如全面的被動性，活動能力的急劇降低，以及連貫的生活計劃的喪失等。盡管患者個性特征的改變并非必然是必然造成的損害，但人們卻依然不能否認(rèn)，大腦刺激技術(shù)對患者的副作用。但問題是，如果不進行大腦刺激治療，患者的情況會更好嗎？
另外，通過大腦刺激技術(shù)來獲取大腦數(shù)據(jù)如何才能合規(guī)？邊界又在哪里？在2016年的羅斯·康普頓案件中，康普頓聲稱，他半夜醒來時發(fā)現(xiàn)自己的房子著火了，匆忙抓起幾件物品，打碎了一扇窗戶，然后逃走了。但在當(dāng)局在他的衣服和鞋子上發(fā)現(xiàn)汽油痕跡后，他們發(fā)布了搜查令，允許執(zhí)法部門扣押他的心臟起搏器收集的數(shù)據(jù)。一位心臟病專家作證說，鑒于康普頓的心臟健康狀況，他不太可能迅速將物品運出家門。
從一個人的大腦中提取的記錄也可以使用在類似的途徑，比如從癲癇患者大腦內(nèi)的植入物中獲取錄音，又或者通過神經(jīng)記錄來分析車禍中的駕駛員是否警覺或?qū)Ｗ⒂诘缆?。但一個潛在的風(fēng)險是，這些大腦數(shù)據(jù)如果落入錯誤的人手中，也將帶來不可估量的危險。
當(dāng)然，大腦刺激在完全實現(xiàn)技術(shù)潛力以前，還需要面臨的是人們思維與意識的解碼困境。而在目前的神經(jīng)科學(xué)的研究中，科學(xué)家們對于腦內(nèi)思維活動的分析還并不能做到直接讀取到個體的所想和所思考。從科學(xué)研究的角度出發(fā)，腦內(nèi)活動的理性理解，大部分是從事件跟神經(jīng)活動的關(guān)聯(lián)性出發(fā)的，其理解過程很依賴于研究者對關(guān)聯(lián)形式主觀判斷的準(zhǔn)確性。此外，現(xiàn)階段，科學(xué)家對意識的產(chǎn)生的研究，對記憶塑造的方法以及不同腦皮質(zhì)分區(qū)合作的機理尚沒有定論。
以記憶存儲為例，事實上記憶的物理形式是什么？是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，還是分子網(wǎng)絡(luò)的組學(xué)狀態(tài)，這本身就需要界定。而要實現(xiàn)記憶的存儲甚至轉(zhuǎn)移，首先需要了解記憶的編碼形式并能進行讀取。目前已經(jīng)知道一些基因與記憶的形成有關(guān)，甚至被當(dāng)做是否有記憶形成過程發(fā)生的依據(jù)，如c-Fos、zif268等，但是這些基因的表達模式本身并不能達到作為記憶編碼形式來對待的要求。
不可否認(rèn)，神經(jīng)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有很大的創(chuàng)新潛力，在過去一個多世紀(jì)里，多項諾貝爾獎涉及腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的相關(guān)技術(shù)。但神經(jīng)科學(xué)技術(shù)同時具有高端科研活動的特點和性質(zhì)，因此也需要相應(yīng)的科研倫理學(xué)實踐活動的伴隨。