文｜觀察未來科技 陳根
腦是人類最為獨特的器官。數以千億的神經元，組成了人腦的基本結構：負責處理大部分思維活動的大腦、負責協調運動的小腦以及連接其中的腦干。其中，大腦肩負著調節機體功能的重任，同時也是意識、精神、語言、學習、記憶和智能等高級神經活動的物質基礎。
今天，科學家們不僅僅是停留在了解大腦的結構和功能層面上，而是更進一步地嘗試各種各樣的方法來改變大腦的神經活動，這種改變大腦神經活動的技術，也被稱為大腦刺激技術。人類為什么要改變大腦神經活動？改變大腦神經活動又會給我們帶來什么？
大腦刺激技術的今天
大腦是人類所有組織器官中最復雜和最智能的部分，是整個神經系統的樞紐，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、聽覺神經等，以及周圍神經系統（Peripheral Nervous System）傳送過來的信號。大腦將這些信號進行解析，并產生感覺，進而對外在環境做出反應形成運動信號。運動信號再通過脊髓傳達到周圍神經系統，進而控制肌肉控制人的身體，做出復雜（高級）運動行為。生物研究領域中的專家學者經過長期的研究，根據人類大腦中不同活動中的激活狀態，發現了不同的腦區對應著不同的認知功能，比如視覺、觸覺、聽覺、語言、運動等。
大腦越是重要，就越是吸引著科學家對其進行探索，比如，通過電刺激來改變大腦神經活動，實現疾病的治療。而大腦之所以能通過電刺激而改變神經活動，是因為當腦神經開始處理信息，會產生相應的電磁信號。
從神經元的構造來看，當神經元傳達信號時，神經元內外的帶電離子流動形成電流，電流到達突觸后激發化學反應繼續傳遞信號給下一個神經元。當一定數量的神經元像集成電路一樣一起工作時，就可以產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，又會反映出當前皮層區域的活躍程度。這些信號經過放大，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節疼痛以及治療關節炎、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，美國醫生Roberts Bartholow進行一場開顱手術時，對病人大腦皮質進行了電刺激并誘發了癲癇。
經過百余年的發展，今天，大腦刺激技術已不是一件多么新鮮的事情，而變成了關乎技術是否成熟的事情。
目前，大腦刺激技術可以分為非侵入性和侵入性。非侵入性刺激由兩種技術完成：1985年推出的經顱磁刺激（TMS），和經顱電刺激（tES）。其中，TMS是一種利用磁場脈沖來改變大腦神經活性的技術。治療時需要專業人員將一個磁場很強的可以產生脈沖信號的電磁鐵放到人體的背外側前額葉皮層之上。一個月的經顱磁刺激治療被證明可以非常有效地抵抗抑郁癥。經顱直流電刺激（tDCS）則是最常用的tES形式。
這些非侵入性技術是通過電極或磁場直接作用于病人的頭皮，產生電流以刺激腦細胞。侵入性刺激，比如腦深部刺激（DBS），則是通過手術植入大腦深處的電極將電流傳入皮質下區域。在多種復雜的神經系統疾病中，DBS都已經顯示出超越傳統藥物治療的潛力。
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已被用于臨床，在許多國家已被規范用于臨床，目前已被FDA批準。此外，侵入性技術DBS也是FDA批準的治療方法，在20世紀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。
更進一步的大腦刺激技術
當前，大腦刺激技術作為一種有效的治療手段被應用于許多神經系統疾病的治療，正在迅速發展，比如，對于患有嚴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的操作。這使得醫生能夠找出他們的癲癇發作從大腦的哪個部位開始，因此外科醫生可以切除那部分腦組織并停止癲癇發作。可與預見，在未來幾年里，至少有一些形式會成為醫學的主流。
除了治療外，隨著腦機接口等前沿技術的發展，科學家們還在嘗試更進一步，借助相關技術改變大腦的神經活動。比如，近期，在英國倫敦的一場科學會議上，包括神經科學家、腦外科醫生、精神病學家和倫理學家等，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，包括了解它們的運作方式，以及如何更好地使用它們。
雖然我們已經知道，大腦刺激可以幫助一些對藥物沒有反應的帕金森病和抑郁癥患者，但這次會議上的科學家們還在突破界限。
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查大腦深層刺激是否能幫助那些嚴重癥狀的人，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·醫學》上發表了突破性的進展。該團隊通過10天的神經電生理活動監測鎖定了一名重度抑郁癥患者發病時特有的標志性電信號，隨后將特制的微型感應電極植入此監測位置，并與治療位置的刺激電極相連。當特定電信號出現時，該設備就會向治療位置傳遞微小劑量的電流，改變患者的神經活動。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，并在隨后數月內都維持著較低水平。
此外，科學家還在探索大腦刺激治療強迫癥、酒精和物質使用障礙、中風恢復，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學。
而一些新近的技術則嘗試通過刺激大腦記錄和分析人們大腦中大量數據——這有助于我們弄清楚當我們休息、聊天或吃飯時大腦在做什么。一個團隊的研究數據顯示，大腦似乎在相對穩定和混亂之間循環。
另一種趨勢是遠程大腦刺激療法，遠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送到醫生的辦公室。不過，這兩種方法都涉及收集、存儲和共享大腦數據，這些數據可能會揭示大腦在任何給定時間的狀態，并提示人們當時正在做什么或感覺什么。
大腦刺激的未竟和未來
大腦刺激技術的未來潛力是顯而易見的，借助一系列的神經學技術，人們有可能直接對人的中樞神經系統施加影響。不過，除了治療的意義外，大腦刺激技術也涉及到了倫理學的問題。
其中的一個問題是，即便是通過大腦刺激技術進行神經醫學治療，但如果對患者的精神造成了改變，又是否能被允許？實際上，當前，已經有一系列與之相關的典型的對病人生活造成損害的精神病學特征，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，大腦刺激技術對患者的副作用。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，通過大腦刺激技術來獲取大腦數據如何才能合規？邊界又在哪里？在2016年的羅斯·康普頓案件中，康普頓聲稱，他半夜醒來時發現自己的房子著火了，匆忙抓起幾件物品，打碎了一扇窗戶，然后逃走了。但在當局在他的衣服和鞋子上發現汽油痕跡后，他們發布了搜查令，允許執法部門扣押他的心臟起搏器收集的數據。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的植入物中獲取錄音，又或者通過神經記錄來分析車禍中的駕駛員是否警覺或專注于道路。但一個潛在的風險是，這些大腦數據如果落入錯誤的人手中，也將帶來不可估量的危險。
當然，大腦刺激在完全實現技術潛力以前，還需要面臨的是人們思維與意識的解碼困境。而在目前的神經科學的研究中，科學家們對于腦內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。從科學研究的角度出發，腦內活動的理性理解，大部分是從事件跟神經活動的關聯性出發的，其理解過程很依賴于研究者對關聯形式主觀判斷的準確性。此外，現階段，科學家對意識的產生的研究，對記憶塑造的方法以及不同腦皮質分區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？是神經網絡的結構狀態，還是分子網絡的組學狀態，這本身就需要界定。而要實現記憶的存儲甚至轉移，首先需要了解記憶的編碼形式并能進行讀取。目前已經知道一些基因與記憶的形成有關，甚至被當做是否有記憶形成過程發生的依據，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，神經科學技術領域具有很大的創新潛力，在過去一個多世紀里，多項諾貝爾獎涉及腦科學和神經科學的相關技術。但神經科學技術同時具有高端科研活動的特點和性質，因此也需要相應的科研倫理學實踐活動的伴隨。