文｜觀察未來科技 陳根

腦是人類最為獨(dú)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(dòng)的大腦、負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)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(jī)體功能的重任，同時(shí)也是意識(shí)、精神、語言、學(xué)習(xí)、記憶和智能等高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)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(jìn)一步地嘗試各種各樣的方法來改變大腦的神經(jīng)活動(dòng)，這種改變大腦神經(jīng)活動(dòng)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(dòng)？改變大腦神經(jīng)活動(dòng)又會(huì)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(gè)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(shí)時(shí)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(hào)。大腦將這些信號(hào)進(jìn)行解析，并產(chǎn)生感覺，進(jìn)而對(duì)外在環(huán)境做出反應(yīng)形成運(yùn)動(dòng)信號(hào)。運(yùn)動(dòng)信號(hào)再通過脊髓傳達(dá)到周圍神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)而控制肌肉控制人的身體，做出復(fù)雜（高級(jí)）運(yùn)動(dòng)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(dòng)中的激活狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了不同的腦區(qū)對(duì)應(yīng)著不同的認(rèn)知功能，比如視覺、觸覺、聽覺、語言、運(yùn)動(dòng)等。

大腦越是重要，就越是吸引著科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行探索，比如，通過電刺激來改變大腦神經(jīng)活動(dòng)，實(shí)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(dòng)，是因?yàn)楫?dāng)腦神經(jīng)開始處理信息，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁信號(hào)。

從神經(jīng)元的構(gòu)造來看，當(dāng)神經(jīng)元傳達(dá)信號(hào)時(shí)，神經(jīng)元內(nèi)外的帶電離子流動(dòng)形成電流，電流到達(dá)突觸后激發(fā)化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)傳遞信號(hào)給下一個(gè)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(shí)，就可以產(chǎn)生能被宏觀的電極所探測到的電磁信號(hào)。而電磁信號(hào)的變化，又會(huì)反映出當(dāng)前皮層區(qū)域的活躍程度。這些信號(hào)經(jīng)過放大，編譯變成了包含信息的信號(hào)。

早在公元47年左右的美索不達(dá)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(shí)施的腦部電流刺激，則在1874年，美國醫(yī)生Roberts Bartholow進(jìn)行一場開顱手術(shù)時(shí)，對(duì)病人大腦皮質(zhì)進(jìn)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(shí)需要專業(yè)人員將一個(gè)磁場很強(qiáng)的可以產(chǎn)生脈沖信號(hào)的電磁鐵放到人體的背外側(cè)前額葉皮層之上。一個(gè)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(yùn)動(dòng)障礙患者生活的療法出現(xiàn)。

更進(jìn)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(duì)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(shí)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(gè)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?？膳c預(yù)見，在未來幾年里，至少有一些形式會(huì)成為醫(yī)學(xué)的主流。

除了治療外，隨著腦機(jī)接口等前沿技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們還在嘗試更進(jìn)一步，借助相關(guān)技術(shù)改變大腦的神經(jīng)活動(dòng)。比如，近期，在英國倫敦的一場科學(xué)會(huì)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(yùn)作方式的最新技術(shù)，包括了解它們的運(yùn)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(duì)藥物沒有反應(yīng)的帕金森病和抑郁癥患者，但這次會(huì)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(gè)研究團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)在《自然·醫(yī)學(xué)》上發(fā)表了突破性的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過10天的神經(jīng)電生理活動(dòng)監(jiān)測鎖定了一名重度抑郁癥患者發(fā)病時(shí)特有的標(biāo)志性電信號(hào)，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(hào)出現(xiàn)時(shí)，該設(shè)備就會(huì)向治療位置傳遞微小劑量的電流，改變患者的神經(jīng)活動(dòng)。在治療開始12天后，患者的蒙哥馬利抑郁量表評(píng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)大腦在做什么。一個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究數(shù)據(jù)顯示，大腦似乎在相對(duì)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(shí)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(chǔ)和共享大腦數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能會(huì)揭示大腦在任何給定時(shí)間的狀態(tài)，并提示人們當(dāng)時(shí)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(duì)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(gè)問題是，即便是通過大腦刺激技術(shù)進(jìn)行神經(jīng)醫(yī)學(xué)治療，但如果對(duì)患者的精神造成了改變，又是否能被允許？實(shí)際上，當(dāng)前，已經(jīng)有一系列與之相關(guān)的典型的對(duì)病人生活造成損害的精神病學(xué)特征，如全面的被動(dòng)性，活動(dòng)能力的急劇降低，以及連貫的生活計(jì)劃的喪失等。盡管患者個(gè)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(duì)患者的副作用。但問題是，如果不進(jìn)行大腦刺激治療，患者的情況會(huì)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(shí)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(yùn)出家門。

從一個(gè)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(gè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)是，這些大腦數(shù)據(jù)如果落入錯(cuò)誤的人手中，也將帶來不可估量的危險(xiǎn)。

當(dāng)然，大腦刺激在完全實(shí)現(xiàn)技術(shù)潛力以前，還需要面臨的是人們思維與意識(shí)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(duì)于腦內(nèi)思維活動(dòng)的分析還并不能做到直接讀取到個(gè)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(dòng)的理性理解，大部分是從事件跟神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)性出發(fā)的，其理解過程很依賴于研究者對(duì)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(duì)意識(shí)的產(chǎn)生的研究，對(duì)記憶塑造的方法以及不同腦皮質(zhì)分區(qū)合作的機(jī)理尚沒有定論。

以記憶存儲(chǔ)為例，事實(shí)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(shí)現(xiàn)記憶的存儲(chǔ)甚至轉(zhuǎn)移，首先需要了解記憶的編碼形式并能進(jìn)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(dá)模式本身并不能達(dá)到作為記憶編碼形式來對(duì)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(gè)多世紀(jì)里，多項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)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(shí)具有高端科研活動(dòng)的特點(diǎn)和性質(zhì)，因此也需要相應(yīng)的科研倫理學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的伴隨。