文｜观察未来科技 陈根

脑是人类最为独特的器官。数以千亿的神经元，组成了人脑的基本结构：负责处理大部分思维活动的大脑、负责协调运动的小脑以及连接其中的脑干。其中，大脑肩负着调节机体功能的重任，同时也是意识、精神、语言、学习、记忆和智能等高级神经活动的物质基础。

今天，科学家们不仅仅是停留在了解大脑的结构和功能层面上，而是更进一步地尝试各种各样的方法来改变大脑的神经活动，这种改变大脑神经活动的技术，也被称为大脑刺激技术。人类为什么要改变大脑神经活动？改变大脑神经活动又会给我们带来什么？

大脑刺激技术的今天

大脑是人类所有组织器官中最复杂和最智能的部分，是整个神经系统的枢纽，也是人体所有其它器官的指挥者。

大脑时时刻刻接受来自视神经、听觉神经等，以及周围神经系统（Peripheral Nervous System）传送过来的信号。大脑将这些信号进行解析，并产生感觉，进而对外在环境做出反应形成运动信号。运动信号再通过脊髓传达到周围神经系统，进而控制肌肉控制人的身体，做出复杂（高级）运动行为。生物研究领域中的专家学者经过长期的研究，根据人类大脑中不同活动中的激活状态，发现了不同的脑区对应着不同的认知功能，比如视觉、触觉、听觉、语言、运动等。

大脑越是重要，就越是吸引着科学家对其进行探索，比如，通过电刺激来改变大脑神经活动，实现疾病的治疗。而大脑之所以能通过电刺激而改变神经活动，是因为当脑神经开始处理信息，会产生相应的电磁信号。

从神经元的构造来看，当神经元传达信号时，神经元内外的带电离子流动形成电流，电流到达突触后激发化学反应继续传递信号给下一个神经元。当一定数量的神经元像集成电路一样一起工作时，就可以产生能被宏观的电极所探测到的电磁信号。而电磁信号的变化，又会反映出当前皮层区域的活跃程度。这些信号经过放大，编译变成了包含信息的信号。

早在公元47年左右的美索不达米亚，就有人使用电鳗的生物电来调节疼痛以及治疗关节炎、头疼等；而第一例记录在案的为病人实施的脑部电流刺激，则在1874年，美国医生Roberts Bartholow进行一场开颅手术时，对病人大脑皮质进行了电刺激并诱发了癫痫。

经过百余年的发展，今天，大脑刺激技术已不是一件多么新鲜的事情，而变成了关乎技术是否成熟的事情。

目前，大脑刺激技术可以分为非侵入性和侵入性。非侵入性刺激由两种技术完成：1985年推出的经颅磁刺激（TMS），和经颅电刺激（tES）。其中，TMS是一种利用磁场脉冲来改变大脑神经活性的技术。治疗时需要专业人员将一个磁场很强的可以产生脉冲信号的电磁铁放到人体的背外侧前额叶皮层之上。一个月的经颅磁刺激治疗被证明可以非常有效地抵抗抑郁症。经颅直流电刺激（tDCS）则是最常用的tES形式。

这些非侵入性技术是通过电极或磁场直接作用于病人的头皮，产生电流以刺激脑细胞。侵入性刺激，比如脑深部刺激（DBS），则是通过手术植入大脑深处的电极将电流传入皮质下区域。在多种复杂的神经系统疾病中，DBS都已经显示出超越传统药物治疗的潜力。

与侵入性不同，由于非侵入性方法不需要麻醉和手术操作，因此，非侵入性方法比侵入性方法更受欢迎。TMS和tES这两种非侵入性技术已被用于临床，在许多国家已被规范用于临床，目前已被FDA批准。此外，侵入性技术DBS也是FDA批准的治疗方法，在20世纪80年代末，它开始作为改变不自主运动障碍患者生活的疗法出现。

更进一步的大脑刺激技术

当前，大脑刺激技术作为一种有效的治疗手段被应用于许多神经系统疾病的治疗，正在迅速发展，比如，对于患有严重或无法治愈的癫痫的患者来说，在他们的大脑中植入电极一周或更长时间是非常常规的操作。这使得医生能够找出他们的癫痫发作从大脑的哪个部位开始，因此外科医生可以切除那部分脑组织并停止癫痫发作。可与预见，在未来几年里，至少有一些形式会成为医学的主流。

除了治疗外，随着脑机接口等前沿技术的发展，科学家们还在尝试更进一步，借助相关技术改变大脑的神经活动。比如，近期，在英国伦敦的一场科学会议上，包括神经科学家、脑外科医生、精神病学家和伦理学家等，就在讨论利用磁脉冲或电脉冲改变大脑运作方式的最新技术，包括了解它们的运作方式，以及如何更好地使用它们。

虽然我们已经知道，大脑刺激可以帮助一些对药物没有反应的帕金森病和抑郁症患者，但这次会议上的科学家们还在突破界限。

比如，将电极植入大脑以帮助我们理解其他疾病。以抑郁症为例，多个研究团队正在调查大脑深层刺激是否能帮助那些严重症状的人，这些症状不能用典型的抗抑郁药治疗，甚至不能用电惊厥疗法等最后手段来治疗。

2022年，一研究团队在《自然·医学》上发表了突破性的进展。该团队通过10天的神经电生理活动监测锁定了一名重度抑郁症患者发病时特有的标志性电信号，随后将特制的微型感应电极植入此监测位置，并与治疗位置的刺激电极相连。当特定电信号出现时，该设备就会向治疗位置传递微小剂量的电流，改变患者的神经活动。在治疗开始12天后，患者的蒙哥马利抑郁量表评分就大幅下降，并在随后数月内都维持着较低水平。

此外，科学家还在探索大脑刺激治疗强迫症、酒精和物质使用障碍、中风恢复，甚至长期新冠肺炎。而另一些人正在研究如何增强健康大脑的工作方式，无论是通过改善我们的记忆力，还是帮助我们变得更警觉或更擅长数学。

而一些新近的技术则尝试通过刺激大脑记录和分析人们大脑中大量数据——这有助于我们弄清楚当我们休息、聊天或吃饭时大脑在做什么。一个团队的研究数据显示，大脑似乎在相对稳定和混乱之间循环。

另一种趋势是远程大脑刺激疗法，远程大脑刺激疗法可以在给在家中的人们提供治疗，同时将他们的大脑记录发送到医生的办公室。不过，这两种方法都涉及收集、存储和共享大脑数据，这些数据可能会揭示大脑在任何给定时间的状态，并提示人们当时正在做什么或感觉什么。

大脑刺激的未竟和未来

大脑刺激技术的未来潜力是显而易见的，借助一系列的神经学技术，人们有可能直接对人的中枢神经系统施加影响。不过，除了治疗的意义外，大脑刺激技术也涉及到了伦理学的问题。

其中的一个问题是，即便是通过大脑刺激技术进行神经医学治疗，但如果对患者的精神造成了改变，又是否能被允许？实际上，当前，已经有一系列与之相关的典型的对病人生活造成损害的精神病学特征，如全面的被动性，活动能力的急剧降低，以及连贯的生活计划的丧失等。尽管患者个性特征的改变并非必然是必然造成的损害，但人们却依然不能否认，大脑刺激技术对患者的副作用。但问题是，如果不进行大脑刺激治疗，患者的情况会更好吗？

另外，通过大脑刺激技术来获取大脑数据如何才能合规？边界又在哪里？在2016年的罗斯·康普顿案件中，康普顿声称，他半夜醒来时发现自己的房子着火了，匆忙抓起几件物品，打碎了一扇窗户，然后逃走了。但在当局在他的衣服和鞋子上发现汽油痕迹后，他们发布了搜查令，允许执法部门扣押他的心脏起搏器收集的数据。一位心脏病专家作证说，鉴于康普顿的心脏健康状况，他不太可能迅速将物品运出家门。

从一个人的大脑中提取的记录也可以使用在类似的途径，比如从癫痫患者大脑内的植入物中获取录音，又或者通过神经记录来分析车祸中的驾驶员是否警觉或专注于道路。但一个潜在的风险是，这些大脑数据如果落入错误的人手中，也将带来不可估量的危险。

当然，大脑刺激在完全实现技术潜力以前，还需要面临的是人们思维与意识的解码困境。而在目前的神经科学的研究中，科学家们对于脑内思维活动的分析还并不能做到直接读取到个体的所想和所思考。从科学研究的角度出发，脑内活动的理性理解，大部分是从事件跟神经活动的关联性出发的，其理解过程很依赖于研究者对关联形式主观判断的准确性。此外，现阶段，科学家对意识的产生的研究，对记忆塑造的方法以及不同脑皮质分区合作的机理尚没有定论。

以记忆存储为例，事实上记忆的物理形式是什么？是神经网络的结构状态，还是分子网络的组学状态，这本身就需要界定。而要实现记忆的存储甚至转移，首先需要了解记忆的编码形式并能进行读取。目前已经知道一些基因与记忆的形成有关，甚至被当做是否有记忆形成过程发生的依据，如c-Fos、zif268等，但是这些基因的表达模式本身并不能达到作为记忆编码形式来对待的要求。

不可否认，神经科学技术领域具有很大的创新潜力，在过去一个多世纪里，多项诺贝尔奖涉及脑科学和神经科学的相关技术。但神经科学技术同时具有高端科研活动的特点和性质，因此也需要相应的科研伦理学实践活动的伴随。