給大腦來點(diǎn)刺激

大腦是人體中最神秘的地方，它是怎么工作的？如何探知思考的過程？這可以說是人類對自身最大的好奇了。科學(xué)家試圖找出這些問題的答案，他們發(fā)現(xiàn)用一些手段刺激大腦，可以改變大腦的狀態(tài)，甚至可以對大腦注入特定的信息。聽起來是不是有點(diǎn)兒科幻+“暗黑”呢？

電一電

經(jīng)顱電刺激

18世紀(jì)末，伽伐尼和福特的研究就證明了生物電的存在。事實(shí)上，大腦中的神經(jīng)元正是用電信號和釋放化學(xué)遞質(zhì)來傳遞信息的。因此，從理論上說，直接用電刺激大腦就可以對大腦產(chǎn)生影響。于是，電擊大腦就登上了科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)?zāi)夸洝？吹竭@里，請不要聯(lián)想到恐怖故事里虐待實(shí)驗(yàn)對象的瘋狂科學(xué)家（雖然早期科學(xué)家的一些研究現(xiàn)在看來確實(shí)有點(diǎn)瘋狂）。如今，在對大腦進(jìn)行電刺激方面已發(fā)展出了安全可靠的技術(shù)，其中無創(chuàng)傷性的稱為經(jīng)顱電刺激。

目前常用的經(jīng)顱電刺激包括經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）和經(jīng)顱交流電刺激（tACS）。顧名思義，這兩者的區(qū)別在于使用的是交流電還是直流電。使用經(jīng)顱電刺激時(shí)，將電極貼在頭皮表面，可以相對精準(zhǔn)地影響頭皮下的對應(yīng)腦區(qū)。它可以激活腦區(qū)，也可以抑制腦區(qū)。電極分陰極和陽極，同一個(gè)腦區(qū)受到陰極和陽極的刺激，可能產(chǎn)生不同的效果。這種技術(shù)不會給受試對象帶來創(chuàng)傷，但或許也因?yàn)闆]有直接接觸大腦，所以不能十分精準(zhǔn)地影響特定腦區(qū)。

不過，你可千萬別以為電擊一下，就可包治百病。事實(shí)上，除了用于研究大腦反應(yīng)外，這一技術(shù)主要應(yīng)用于神經(jīng)損傷、抑郁癥等病癥。目前沒有任何證據(jù)表明經(jīng)顱電刺激可以令健康人提高認(rèn)知水平，也沒有證據(jù)表明它對阿爾茨海默癥（俗稱老年癡呆）、帕金森癥等疾病有治療效果。

磁場的神秘力量

經(jīng)顱磁刺激

另外一種無創(chuàng)傷性的刺激手段是經(jīng)顱磁刺激（TMS）。由于電磁相互作用，變化的電場可以產(chǎn)生磁場，變化的磁場也可以產(chǎn)生電場。TMS就是利用脈沖磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，讓感應(yīng)電流來刺激靶向腦區(qū)。通過調(diào)節(jié)磁場的頻率和強(qiáng)度，就可以改變感應(yīng)電流，影響腦區(qū)。

TMS和經(jīng)顱電刺激的作用相似，也不能十分精準(zhǔn)地影響特定腦區(qū)。人們只能通過計(jì)算，調(diào)整磁線圈，將磁場盡可能地集中到想要刺激的部位。同樣的，TMS也可用于抑郁癥和神經(jīng)損傷的治療。在其他領(lǐng)域，TMS也獲得了廣泛關(guān)注。例如，有人采用TMS結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）來治療恐高癥。被試者進(jìn)入設(shè)置為高處的虛擬環(huán)境中，接受TMS，以抑制恐懼感。慢慢地，被試者就會適應(yīng)身在高處的感覺，從而擺脫原本難以控制的恐懼。還有人把TMS用在電子競技比賽里：電子競技選手在賽前接受TMS，以提高在比賽中的專注度，取得更好的比賽成績。

不過，我們還是要像對經(jīng)顱電刺激那樣說一句：磁場不能包治百病！

給大腦裝個(gè)電極

深部腦刺激

前面提到的這兩種技術(shù)都是作用于頭皮，不會對人有傷害，但進(jìn)一步的技術(shù)就不是無創(chuàng)傷性的了。深部腦刺激（DBS）就是給病人進(jìn)行手術(shù)，在其腦中置入電極，直接電刺激深部腦區(qū)。

DBS已用于治療帕金森癥。在該病發(fā)病早期，中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元會出現(xiàn)衰退，導(dǎo)致患者運(yùn)動控制功能減弱，表現(xiàn)在身體上，就是震顫——手不由自主地抖動。慢慢地，患者不能做出精細(xì)的動作，無法用筷子，吐字不清，吞咽困難……患者的生活質(zhì)量因此受到很大的影響。DBS能直接刺激黑質(zhì)核團(tuán)，讓仍存活的多巴胺能神經(jīng)元分泌更多的多巴胺，來恢復(fù)患者的運(yùn)動功能。這樣就能夠大幅度提高帕金森患者的生活水平，使他們再獲得3—5年高質(zhì)量的生活。但遺憾的是，DBS并不能真正治愈帕金森癥，也無法阻止之后的病情惡化。

除了帕金森癥外，DBS在抑郁癥、阿爾茨海默癥等疾病的治療中也有應(yīng)用。但DBS價(jià)格昂貴，需要進(jìn)行創(chuàng)傷性手術(shù)，手術(shù)難度也很高，所以應(yīng)用沒有經(jīng)顱電刺激和磁刺激那么廣泛。

實(shí)驗(yàn)室

黑科技

上述的技術(shù)都較為成熟，已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室中的技術(shù)就大大不同了——前沿、深入，黑科技！

光遺傳技術(shù)（optogenetics）是一種神經(jīng)科學(xué)技術(shù)，其中“遺傳”一詞來自詞根“-genetics”，代表“產(chǎn)生”的意思，因?yàn)檫@種技術(shù)是用光來產(chǎn)生作用的，我們可以理解為用光刺激大腦的技術(shù)。

這一技術(shù)的關(guān)鍵，是光敏感通道蛋白。它是細(xì)胞膜表面的一種通道蛋白，當(dāng)被一定波長的光照射時(shí)，就會被激活，通道就會打開，離子就會進(jìn)入或者跑出神經(jīng)元，從而使神經(jīng)元被激活或者被抑制。我們視網(wǎng)膜上的感光神經(jīng)元就擁有這種通道蛋白，當(dāng)它被光激活，神經(jīng)元細(xì)胞就能接收視覺信息。除了人類，很多生物身上都有這種蛋白，所以研究起來還算方便。光遺傳技術(shù)實(shí)驗(yàn)中使用的通道蛋白大多是從水藻中提取的。

怎樣讓大腦的神經(jīng)元接受光的刺激呢？首先，利用病毒或轉(zhuǎn)基因?qū)⒐饷舾型ǖ赖鞍妆磉_(dá)在小白鼠大腦的部分神經(jīng)元里。利用病毒注射的方法，可以通過注射位點(diǎn)來選擇特定腦區(qū)；利用轉(zhuǎn)基因的方法，通過選擇基因啟動子，可以讓通道蛋白只在注射位點(diǎn)附近的特定類型的神經(jīng)元中表達(dá)。然后，在小白鼠腦中植入一根光纖，導(dǎo)入激光。光纖——通道蛋白——神經(jīng)元，這條光路開啟，特定腦區(qū)內(nèi)特定類型的神經(jīng)元就會因光照而被激活或被抑制。

利用光遺傳技術(shù)，可以對神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)時(shí)間、空間上都非常精準(zhǔn)的調(diào)控，這種技術(shù)因此成為了神經(jīng)科學(xué)家的寵兒。它之所以還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，主要是因?yàn)椴《咀⑸溥€不能輕易用于人體。而且要使光直接照射神經(jīng)元，必須進(jìn)行創(chuàng)傷性手術(shù)，在大腦中植入光纖，這大大限制了這一技術(shù)應(yīng)用在人體上的可能性。

讓大腦“聽”

超聲刺激技術(shù)

和光遺傳技術(shù)類似，超聲刺激技術(shù)也使用了一種通道蛋白，不過不是對光敏感，而是對超聲波敏感。耳蝸毛細(xì)胞中的通道蛋白能夠被超聲波激活，將它表達(dá)在神經(jīng)元中，就可以使神經(jīng)元“聽”到超聲波而被激活。

超聲刺激技術(shù)也可以在時(shí)間、空間上精準(zhǔn)地調(diào)控神經(jīng)元。而且，由于聲音的穿透性比光好很多，不需要植入“聲纖”就可以從頭皮外傳至大腦的任何一個(gè)神經(jīng)元。因此這一技術(shù)不需要創(chuàng)傷性手術(shù)，比光遺傳技術(shù)對人體更友好。遺憾的是，由于仍需通過注射病毒的方式將通道蛋白表達(dá)在神經(jīng)元中，這一技術(shù)離臨床應(yīng)用還有一段距離。

類似的，還有利用磁敏感通道蛋白的磁激活技術(shù)、利用皮膚熱敏感通道蛋白的熱激活技術(shù)。這兩種技術(shù)分別利用磁場和溫度來激活或抑制神經(jīng)元，達(dá)到調(diào)控神經(jīng)元的目的。不過目前這些通道蛋白的構(gòu)建技術(shù)還不夠成熟，只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室在研究使用。

看了這么多刺激大腦的方法，你是不是有點(diǎn)擔(dān)心——能如此調(diào)控神經(jīng)元，那豈不是也可以控制大腦了？

目前這些大腦刺激技術(shù)大多只能影響大腦的整體狀態(tài)，如緩解抑郁癥狀、提高愉悅感和注意力等，并不能實(shí)現(xiàn)給大腦輸入有效信息的目的。我們?nèi)粘４竽X運(yùn)轉(zhuǎn)所利用的信息極為復(fù)雜，而這些技術(shù)對大腦所做的簡單刺激，信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。例如，利用經(jīng)顱磁刺激來刺激視覺皮層，可以產(chǎn)生“光幻視”——被試者會感覺看到了一個(gè)光點(diǎn)。這與大腦構(gòu)建一個(gè)具體形象（比如你想起媽媽的臉）相比，可差得太遠(yuǎn)了。就像你可以用搟面杖來讓鋼琴響起來，但你不可能用搟面杖在鋼琴上彈奏莫扎特。我們對大腦的認(rèn)知水平尚不足以理解它是如何工作的，更遑論反過來用外力控制它了。黑科技，也不那么黑呀！