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电击大脑,就会让人更聪明?

发布于2018-01-11 16:59:03
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这大概不是什么好主意:9月13日星期五,我在波士顿查尔斯镇13街的一座旧石楼里,前额贴着一对电极——一个对应大脑左前额皮质,另一个紧挨右眼眶上部。接下来,我将经历一次颅直流电刺激(transcranial direct-current stimulation,简称tDCS)。这是一种用极低电流刺激大脑的实验技术,所用电力还不足电休克疗法的1%,由普通9伏电池供电。至今已有上百个实验证明,tDCS能成功刺激非常多——多得不可思议的与思维、情绪、动作相关的脑功能;而副作用似乎只限于贴电极的地方会感到轻微刺痛,局部皮肤可能变红;极少出现头痛,且绝没有抽搐或损害记忆的现象。不过,当我了解到喝点儿果汁也能激发认知储备、把我变“聪明”的时候,我对tDCS的疑虑又多了一分。

在我脑袋上贴好电极后,哈佛神经调节实验室(Harvard’s Laboratory of Neuromodulation)的高级研究员J·莱昂·莫拉莱斯-克萨达(J. León Morales-Quezada)在电脑上点了某个钮,然后我……什么也没感觉到。不疼、不麻、连肌肉小抽一下都没有。

“开始了吗?”我问。

莫拉莱斯-克萨达向我确认已经开始了,还指了指墙上的纯平显示器作为证明。屏幕上显示着从6个贴在我头上的脑电波监视器(EEG)传出的信号。

为我的大脑充了10分钟电后,他打开一个电脑测试,让我在电流继续通过时完成。这个测试叫“注意力转换测验”,心理学家用它来测量人的“执行功能”或“认知控制”,也就是遏制冲动、无视干扰、迅速切换关注焦点的能力。年轻人通常比老年人做得好,整体认知能力高的人比能力弱的人做得好。

自2005年起,顶尖同行评审杂志刊登的科学论文证明:tDCS能够提高人进行注意力转换测试时的速度和准确度。另有一些研究发现,tDCS可以改善一切——从工作记忆到长期记忆、数学计算、阅读、解决难题、钢琴弹奏、复杂语言思维、制定计划、视觉记忆、分类、洞察力、中风后的瘫痪和失语症康复、慢性疼痛、甚至抑郁。效果可持续数周至数月。

莫拉莱斯-克萨达向我介绍了即将要做的注意力转换测试:当屏幕上出现加号时,我需要判断接下来出现的字母是奇数个还是偶数个,相应地再用左手点击A键或右手点击L键;如果出现的是三角形,我则需判断后面的字母(所有字母都一样)是元音还是辅音,然后左手点A或右手点L。

由于每次只有几秒钟反应时间,且题目不停地在“奇数偶数”和“元音辅音”之前调换,我发现自己的手指有时显然是由于不自主的痉挛而按错键,即便我意识中的答案是正确的。这就好比我们许多人都有过的抓狂经历一样:本想点智能手机上的照相机图标,结果打开了日历。

经过20分钟电刺激,莫拉莱斯-克萨达检查了我的测试结果:53个正确,7个错误,平均每题耗时3.1秒。接下来的5天内,我将接受8次20分钟的tDCS充电。如果在我身上产生的效果与他研究过的其他实验对象一致,我应当在测试中出错更少、或答得更快——比不接受电刺激要强得多。

当代早期的tDCS实验进行得断断续续。1981年,德国蒂宾根大学(University of Tübingen)神经学家尼尔斯·比尔鲍默(Niels Birbaumer)曾描述过:若给健康志愿者的头部通以极低量的直流电——三分之一毫安(不足以维持助听器)——志愿者在简单测试中的反应会加快。意大利神经生理学家阿尔贝托·皮里奥利(Alberto Priori)从1992年也开始tDCS实验,他所用的电量高一点点:0.5毫安。皮里奥利发现,当足够电力,也就是足够电子,从阴极穿过志愿者的头骨到达阳极时,阳极附近的脑细胞会被激活。尽管他多次重复实验并确认结果,但他仍花了6年时间才把研究结果发表在科学杂志上,那时是1998年。他告诉我:“人们总是跟我说这不可能是真的,因为太轻而易举了。”

德国哥廷根大学(University of Gttingen)神经生理学家迈克尔·A·尼切(Michael A. Nitsche)是第一批认真对待皮里奥利研究结果的人之一。“当时有两种批评意见,”尼切说:“一种说这不可能发生,因为电刺激太弱,都无法穿过颅骨;另一种则认为实验非常危险。”

在2000年发表的论文里,尼切指出,tDCS的作用可在电流停止后至少再延续5分钟。2003年,他报告说tDCS刺激能影响志愿者学习简单手指运动的效果。之后,尼切还发表了几十篇后续论文。

“我曾经抱着高度怀疑的态度,但迈克尔·尼切说服了我,” 贝塞斯达国家精神障碍及中风研究所(National Institute of Neurological Disorders and Stroke,简称NINDS)神经康复部主管莱昂纳多·G·科恩(Leonardo G. Cohen)说:“把电极贴在头皮上,然后用超市买来的电池供电,就能改变人的行为——我实在不敢相信。但后来有一天我决定,我要试一试。”

科恩与合作者请来了6名因中风而一侧身体至少瘫痪一年的志愿者。他们发现,将1毫安电流通向大脑运动皮质区20分钟就足以极大地增强志愿者在手灵活度标准测试中的表现。为确定这不是安慰剂效应,他们让受试者参与两次tDCS,其中一次是假实验——电流仅通半分钟就停止了(即使是真实验,许多人在一开始感受到的轻微刺痛也会很快变得不明显,就像电流被关掉了一样)。志愿者和测试者谁也不知道哪次测验是真的,而手灵活度提升的情况仅在真tDCS后出现,并且效果在10天后都很显著。

“只有5%到10%的提高,但一次tDCS就能达到这样的效果确实很振奋人心,”科恩说。

现在,为确定tDCS的最佳作用对象以及最有效方法——多大电流、多长时间、持续几天、针对大脑哪块区域,更严格、更大规模的研究正在进行当中。研究者希望最终能够获得美国食品与药品管理局(U.S. Food and Drug Administration,简称FDA)的许可。

Nigel Parry for The New York Times

作者丹·赫利正在接受一次颅直流电刺激。

“tDCS不会把你变成超人,但它能让你以最高能力工作,”巴西医生兼神经生理学家费利佩·弗雷尼(Felipe Fregni)说。我接受tDCS时,弗雷尼是位于斯波尔丁康复医院(Spaulding Rehabilitation Hospital)的哈佛神经调节实验室的负责人。他说:“tDCS可帮助你发挥出个人最佳水平。比方说你昨晚没睡好,或者抑郁,或者中风了。它协助你的大脑达到巅峰状态。”

弗雷尼和同在哈佛的合作者发表过200多篇关于tDCS的论文。2005年,他合作的一篇文章指出,当人在执行特殊任务时,刺激左前额皮质能提高他们的工作记忆,即追踪、在头脑中操作多种关注对象的能力。他后来还测试过tDCS对偏头痛、慢性疼痛、中风后瘫痪、帕金森病、抑郁、耳鸣、纤维肌痛、大麻成瘾,以及——听起来奇怪——说谎冲动(或按论文所用的委婉描述:对不真实回应的调控)的影响。

弗雷尼说,tDCS对抑郁症产生的效果最强。今年年初,他在《美国医学会杂志-精神病学》(JAMA Psychiatry)上发表了一篇论文。研究对象为120名严重抑郁的病人。他们每人每天或服用2毫克抗抑郁药左洛复(Zoloft),或接受2毫安tDCS,或二者皆用,或服用安慰剂。6周之后,接受左洛复或tDCS治疗的病人比安慰剂组病人情绪改善程度差不多。“单看tDCS,它缓解抑郁的能力和左洛复完全一样。但如果观察左洛复和tDCS都用的病人,你会发现它们具有协同效应,比任何一种单独使用的效果都强。这就是我如何看待tDCS的:它能增强其他效应。”

最能显示tDCS提高认知能力的是美国空军赞助的一项研究:飞行员的警觉度和目标探测能力因tDCS而提高。“在过去这五六十年来,军队一直在探寻增强士兵警觉度的办法,”在赖特·帕特森空军基地(Wright-Patterson Air Force Base)空军研究实验室(Air Force Research Laboratory)进行tDCS实验的平民生物医学工程师安迪·麦金利(Andy McKinley)说:“tDCS至少能将一个人维持良好表现的时间延长2倍。我们从未见过其他任何一种方法能做到这点。”

然而,为什么如此小的电量,跨头骨刺激20分钟,就能像大脑的跨接电缆一样,让人更好地思维呢?

我就此问题请教了宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)认知与精神刺激实验室(Laboratory for Cognition and Neural Stimulation)主管罗伊·霍西·汉密尔顿(Roy Hoshi Hamilton)。他曾研究过tDCS在失语症、思维灵活性与阅读能力方面的作用。罗伊靠在椅子上,微笑起来。

“思维是什么?”他说,“思维就是你大脑里的神经元以某种模式‘开火’。所以如果你能用一种技术让很多很多这类神经元——这些认知的基本组成结构——更容易地活跃起来、做它们该做的事,这么看来这种技术就不是太牵强了。尽管它如此简易,可它确实能作用于认知。”他继续解释为什么tDSC的效果会持续:“神经科学里有句源自唐纳德·赫布(Donald Hebb)的口头禅:‘一起开火的神经元是绑在一起的’。我们有办法让神经元开火得更容易或更困难。现在,我启动电流,同时让你做某种动作,比如工作记忆测试,或在你有中风后失语症的情况下让你说出一个东西的名字——这是我的研究兴趣所在。神经元网络在某种具有轻推作用的环境下被激活,这种环境让神经元更容易地开火,于是相应行为被成功实施。经过几周的练习,这种情况一遍又一遍地发生,通路就被强化了,(效应持续)就不是那么难理解了。我同意这看起来很简单。虽然不像我们把什么超高科技的纳米机器人植入你的大脑,把脑血管清理干净,但这与我们对大脑工作方式的理解一致,而且看似的确有广泛效果。”

可是,有些科学家还是对此存有疑虑,NINDS的资助也因此始终不是很慷慨。NINDS负责监管机构外研究者资金的官员陈道奋(Daofen Chen)说:“关键是tDCS的科学前提——机理。某些生理测量确实显示它有一定效果。但他们一直没有精确找准潜在的神经生物学机制。他们无法解释tDCS为什么、到底如何在某些情况下会生效、而某些情况下不生效。”陈道奋解释说,缺乏基本的电生理学研究,这是至今NINDS只提供少量资金的原因。“tDCS提案在争取NIH(国家卫生研究所)基金方面的成功率只有平均水平的一半,”陈道奋说,“这说明提供资助推荐的同行评审人对该领域的申请不是很看好。”

或者这说明——在一部分tDCS研究者眼中——许多科学家就是不相信一种相对简单便宜的技术能起作用。

“人们现在认为只有复杂昂贵的医疗手段才会有效,”新墨西哥大学(University of New Mexico)心理学与临床神经学中心(Psychology Clinical Neuroscience Center)主管文森特·克拉克(Vincent Clark)说。他指出,低成本技术看似是有价值的,但这也可能成为当今医疗市场的最大问题之一。

“研究很耗钱,”他说:“可能没什么赚头,所以tDCS制造商不愿意出钱赞助FDA要求的研究。”

不过弗雷尼认为,商业利益在增长。他目前正和波士顿一家公司联合开发tDCS设备:用超声波将电刺激送入大脑更深处,这种方法也许能治疗帕金森病。其他公司正在开发特殊电极,将电流变细、变局域化,或根据脑电波监视器自动调节tDCS。

“如果你两年前问我FDA会不会批准tDCS的使用,我大概会回答:永远不可能。”他告诉我:“如今,一些公司意识到可以通过给tDCS添砖加瓦而获得专利。所以我现在也觉得可行了。”

弗雷尼和其他一些研究者最关心的安全问题是:既然tDCS这么便宜,这么容易操作,人们可能会用自己做的工具进行自我治疗。实际上,已经有人这么干了。YouTube上可以找到视频:年轻人用自己的脑袋做实验,看起来比《蠢蛋搞怪秀》(Jackass)里的人还蠢。他们不知道,如果用了过大电流,通电时间过长,把电极安在头颅的错误位置上,结果是很危险的。

我第8次接受tDCS,也是我与莫拉莱斯-克萨达共处的第5天和最后一天,我感觉自己做注意力转换测试的速度明显加快,而且我能有意识地控制偶尔抽动的手指碰错键的冲动。检验结果后,莫拉莱斯-克萨达确认了我的感觉。“你第一次测试错了7个,”他提醒道:“但最后4次测试你一题都没错。反应时间也缩短了,以前3.1秒,今天2.6秒。少用了半秒,非常棒。”

当然,每个人经过练习也能进步,所以如果我不经历tDCS,是否也能在测试中有所提高,这不得而知。但既然上百篇论文都证明tDCS的作用客观存在,而非安慰剂效应,那么很有可能我的进步至少部分归功于电流刺激。tDCS并不能凭空施展魔法,它还是需要你的努力。它只是让你的付出更快更强地获得回报。不可思议?非常。但如果科学研究持续证明一点点刺激就能安全激活我们的脑力,显然人们会对这种诱惑难以抗拒。

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