用腦成像技術預測未來行為

鬼谷藏龍

“理解復雜的大腦與行為的聯系是一個長期的科學任務，現在最大的瓶頸或許是人類無創腦成像技術的測量精度限制?！?/p>

自古以來，預測未來運勢一直是人類孜孜以求的目標。從殷商的龜甲獸骨到今日的星座血型，人類似乎從來沒有放棄過這個幾乎不可能的任務。不過可惜的是，迄今為止還沒有任何一種理論或技術可以真正做到預測未來。

然而最近，來自麻省理工學院腦與認知科學系的約翰·加布里埃利教授撰文指出，基于如核磁共振成像（MRI）等新一代無創神經成像技術可能為預測個人未來行為趨勢提供新的參考。

從神經活動到個人行為

在過去的幾個世紀里，神經學家通過研究一些特殊的損傷病例了解到了大腦許多腦區的功能。例如上世紀中葉，對因為手術切除海馬結構而無法形成記憶的亨利·莫萊森的研究就揭開了學習記憶的形成機制。此外，對被鐵棒穿過前額葉導致性格大變的菲尼亞斯·蓋奇、對因手術切斷胼胝體而導致大腦兩個半球無法協作的“裂腦人”等案例所進行的研究，為神經科學勾勒出了大腦運作的基本框架，可以說是現代神經科學的基礎。

進入21世紀以后，大量更快、更好、對研究對象影響更小的研究技術被開發出來，神經科學研究也開始從特殊病例轉向一般人群。數十年間，一個接一個腦區的功能被相繼破解出來。以這些工作為基礎，科學家得以將大腦某些特定區域和人的行為相關聯起來。舉個例子，人的前額葉和高級智力活動密切相關，前額葉損傷的病人會表現出癡呆以及道德感喪失等癥狀；相對而言，前額葉發達的人則往往具有較高的智商和自制力。類似地，中腦腹側被蓋區等腦區組成的“獎賞系統”與人的快感有關，這些腦區比較活躍的人往往更容易出現暴飲暴食、酗酒以及濫交等行為，反之，這些腦區特別不活躍者則更有可能出現抑郁癥等問題。

愛因斯坦的大腦較之常人擁有更多的溝回，這個特征在前額葉表現得尤為顯著。這會不會是他天才智力的緣起呢？

盡管我們現在還難以確認這些神經學特征與人的外在表現之間是否存在因果關系，但加布里埃利教授相信，僅僅依靠統計學上的相關性，這些神經學特征就已經能為個性化醫療或教育提供重要的參考：“我并不認為我們需要嚴謹的因果關系才能做好我們的工作——當然，如果有的話總是最好的。現在的問題在于，對于許多精神疾病患者而言，幾乎沒有任何信息可以揭示哪一種療法會更加有效。而如果體現相關性信息可以預示何種療法最有可能有效，只要能推廣，那也是很有裨益的事情。”加布里埃利說。

無創神經成像技術與大數據分析

從人類意識到大腦是思維的物質基礎開始，就有人試圖通過研究大腦來預測人的行為。但是大腦被完全包裹在顱骨這個“黑匣子”中，早期又沒有合適的透視技術，因此當時人們都寄希望于通過觀測人的頭部特征來獲取大腦的信息。從風靡于19世紀的顱相學到給死囚做“死亡面具”，無數人在這方面做了各種令人啼笑皆非的嘗試。但從20世紀中葉開始，對大腦的研究開始轉入正軌，人們意識到大腦的特征不一定能從人的外表體現出來，于是乎那類看臉的研究也就慢慢沉寂了。

到了20世紀后半葉，由于物理學的進步，許多新的研究手段被開發出來，神經科學家們從此終于可以不用開顱也能知道大腦的信息了。其中，基于“核磁共振”原理所制造的核磁共振成像系統（MRI）可以像X光或是CT掃描一樣“透視”大腦，同時還比它們擁有更高的分辨率且不會產生任何傷害。MRI目前已成為世界主流神經科學或心理學研究機構的標準配置。

加布里埃利認為，這種高性能的設備可以從人類大腦當中分析出海量的數據，結合現代的超級計算機與大數據算法，就可以借助這些數據對具體個人在未來一段時間內的心理、健康乃至行為作出預測，從而實現個性化的醫療、教育和生活指導。

但即便基于腦成像的行為預測能夠實現，也并不意味著人的“命運”是被預先決定的?！跋喾?，我認為我的工作實際上是反宿命論的。現在，精神病人接受治療也好，學生接受教育也好，他們所接受的這些手段對他們是否有效現在無從預判?！奔硬祭锇＠f，“而有效程度是由個人特質和干預手段之間的相互作用決定的。我們希望可以通過了解何種療法或是教育手段對具體某人的效果最好，從而針對性地選擇有效的方法，而回避那些無效的?！?/p>

通過腦成像預測學習與認知表現

在過去幾年中，已經有過若干試圖利用無創腦成像技術進行預測的研究，其中有不少都是針對成人或兒童的學習和認知表現展開的。加布里埃利指出，這些研究在未來將有助于為每個人量身打造個性化教育。

在2010年到2013年發表的幾項研究表明，大腦背側紋狀體體積較大的人會擁有更善于掌握電子游戲技巧，而與之相對地，這個腦區受損的病人都會表現出不同程度的學習障礙。在21世紀初的一些研究則表明，大腦頂葉不對稱以及左側哈氏回的白質密度較高的人會擁有較好的外語學習能力。不但如此，還有一些通過對被試者進行實時觀測的研究，更是直接將大腦的某些區域和特定的腦活動信號與特定的學習認知活動相關聯了起來——這些神經學特征可以很好地反應一個人處于怎樣的精神狀態中。

有證據提示，大約有5%～17%的兒童會在剛上學的時候出現發育性閱讀障礙癥狀，這些孩子的外周器官都沒有明顯的缺陷，但是他們比其他兒童更難學會閱讀。這種現象存在很明顯的家族性。有一些研究指出，使用MRI掃描這些家族的新生兒大腦，經常會發現一類特征性的電活動。利用這些神經學特征來預測這個孩子在8歲左右是否會出現發育性閱讀障礙，準確率能達到81%。與此類似，有一項研究表明，通過功能性MR（IfMRI）檢測大腦右側額下回的活躍程度可以預測青少年（8-12歲）在接下去幾個月中的語言學習能力。無獨有偶，在另一項研究兒童數學學習能力的實驗中科學家們也得到了類似的結論，研究人員發現大腦右側海馬灰質較大的學生在解決數學問題時具有優勢。

通過腦成像預測健康相關行為

除了學習和認知等與大腦直接相關的信息外，通過掃描大腦所能預測的事情還有更多，其中就包括健康預期以及治療手段是否能夠生效這樣的切身大事。加布里埃利教授認為，這些信息可以為個性化治療和保健提供至關重要的參考。

不少人都知道酒精對人，尤其是青少年身體的危害非常巨大。借助于MRI，研究人員就發現了不少與酗酒相關的神經學特征。在最近幾年的若干研究中，科學家發現那些大腦前額葉與前扣帶回活躍度較低，而基底神經節比較活躍的青少年更有可能酗酒，之前的研究也提示這兩個腦區和人的自制力密切相關。除了酒精的問題，研究人員還對諸如濫用藥物、暴飲暴食以及濫交等危害健康的因素進行了分析，結果都在大腦中尋找了多處與之相關的神經學特征。

這些對神經學特征的分析不但可以預測每個人的健康狀況，還可以為療法的選擇提供指導。以抑郁癥為例，當前的治療手段，無論是心理干預還是藥物治療，其療效和副作用都存在很大的個體差異，但傳統的診斷技術并不能很準確地對患者的特質進行分析。加布里埃利相信，如果將預測神經科學手段引入到診療中，那么這些問題就都能得到很好地解決。

這種想法并非毫無根據。研究人員發現，多種治療抑郁癥的藥物的有效性和大腦中一個叫做前亞屬扣帶皮層的腦區的代謝水平密切相關。有證據顯示，提升那一片腦區的活躍程度可以大大提升抑郁癥的治療效果。事實上，利用深度腦刺激（DBS）治療抑郁癥的技術就基于這些理論。在其它諸如強迫性官能癥（OCD）、焦慮癥、社交恐懼癥等神經精神類疾病中，借助于MRI的個性化醫療在這些領域都取得了不俗的成績。

通過腦成像預測犯罪行為

至于預測神經科學所面對的最具爭議的話題，可能莫過于對犯罪行為的預測。坦率地說，無論是對司法機關，還是對一般民眾而言，通過技術手段建立一套犯罪預警機制都不算是一件壞事。然而，無論是19世紀末的“天生犯罪人”假說還是20世紀初的“優生學”，人類在這條道路上的嘗試結果非但沒能阻止或預警犯罪，而且還造成了極為惡劣的倫理困境?？上攵?，將利用腦成像預測行為的思路帶入犯罪學領域，是背負著巨大的輿論壓力的。

許多犯罪行為都和人的沖動性、自制力以及暴力傾向等思維活動有關。2013年的一項研究表明，某些慣犯的前扣帶回活躍程度較低，而前扣帶回在處理認知沖突的過程中具有異常重要的作用。加布里埃利認為，這個證據對于犯罪預警具有一定的意義，因為該神經學特征與其他預警犯罪的因子（年齡，精神疾病檢測分數，藥物濫用等）之間是相互獨立的。

對于將行為預測引入犯罪預警可能導致的倫理困境，加布里埃利表示：“我最感興趣的目標還是幫助所有的孩子更好地學習閱讀與數學，幫助所有的病人更好地接受治療，我相信大多數人都會認可我這種想法的。但重要的是，我們要利用這些信息去幫助需要幫助的人?！?/p>

當然，加布里埃利也清楚地認識到大腦的復雜性，承認有些問題可能并非依靠有限的幾個神經學特征就能描述清楚的?！袄斫鈴碗s的大腦與行為的聯系是一個長期的科學任務，現在最大的瓶頸或許是人類無創腦成像技術的測量精度限制?！奔硬祭锇＠f，“這篇綜述的重點在于，在現有觀測精度與對大腦理解水平的框架內，這類成像手段可以很好地幫助我們判斷何種方法是最為有效的。我認為已經有足夠的證據表明，這種想法會在不久的將來得到實現。