用腦成像技術(shù)預(yù)測未來

鬼谷藏龍

自古以來，預(yù)測未來運(yùn)勢一直是人類孜孜以求的目標(biāo)。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(wù)。不過可惜的是，迄今為止還沒有任何一種理論或技術(shù)可以真正做到預(yù)測未來。

然而最近，來自麻省理工學(xué)院腦與認(rèn)知科學(xué)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）等的新一代無創(chuàng)神經(jīng)成像技術(shù)，也許能為預(yù)測個人未來行為趨勢提供新的參考。這篇綜述在線發(fā)表在2015年1月11日的國際神經(jīng)科學(xué)頂級期刊《神經(jīng)元》（Neuron）上。

在過去的幾個世紀(jì)里，神經(jīng)學(xué)家通過研究一些特殊的損傷病例了解到了大腦許多腦區(qū)的功能。如上世紀(jì)中葉，對因手術(shù)切除海馬結(jié)構(gòu)而無法形成記憶的亨利·莫萊森的研究，就揭開了學(xué)習(xí)記憶的形成機(jī)制。此外，對被鐵棒穿過前額葉導(dǎo)致性格大變的菲尼亞斯·蓋奇、對因手術(shù)切斷胼胝體而導(dǎo)致大腦兩個半球無法協(xié)作的“裂腦人”等案例所進(jìn)行的研究，為神經(jīng)科學(xué)勾勒出大腦運(yùn)作的基本框架，可以說是現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，大量更快、更好、對研究對象影響更小的研究技術(shù)被開發(fā)出來，神經(jīng)科學(xué)研究也開始從特殊病例轉(zhuǎn)向一般人群。短短數(shù)十年間，一個接一個腦區(qū)的功能被相繼破解出來。

以這些工作為基礎(chǔ)，科學(xué)家得以將大腦某些特定區(qū)域和人的行為相關(guān)聯(lián)起來。舉個例子，人的前額葉和高級智力活動密切相關(guān)，前額葉損傷的病人會表現(xiàn)出癡呆以及道德感喪失等癥狀；相對而言，前額葉發(fā)達(dá)的人則往往具有較高的智商和自制力。類似地，中腦腹側(cè)被蓋區(qū)等腦區(qū)組成的“獎賞系統(tǒng)”與人的快感有關(guān)，這些腦區(qū)比較活躍的人往往更容易出現(xiàn)暴飲暴食、酗酒以及濫交等行為，反之，這些腦區(qū)特別不活躍者則更有可能出現(xiàn)抑郁癥等問題。

盡管我們現(xiàn)在還難以確認(rèn)這些神經(jīng)學(xué)特征與人的外在表現(xiàn)之間是否存在因果關(guān)系，但加布里埃利教授相信，僅僅依靠統(tǒng)計學(xué)上的相關(guān)性，這些神經(jīng)學(xué)特征就已經(jīng)能為個性化醫(yī)療或教育提供重要的參考。

從人類意識到大腦是思維的物質(zhì)基礎(chǔ)開始，就有人試圖通過研究大腦來預(yù)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(shù)，因此當(dāng)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(fēng)靡于19世紀(jì)的顱相學(xué)，到給死囚做“死亡面具”，無數(shù)人在這方面做了各種令人啼笑皆非的嘗試。但從20世紀(jì)中葉開始，對大腦的研究開始轉(zhuǎn)入正軌，人們意識到大腦的特征不一定能從人的外表體現(xiàn)出來，于是那類看臉的研究也就慢慢沉寂了。

到了20世紀(jì)后半葉，由于物理學(xué)的進(jìn)步，許多新的研究手段被開發(fā)出來，神經(jīng)科學(xué)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(tǒng)（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(chǎn)生任何傷害。MRI目前已成為世界主流神經(jīng)科學(xué)或心理學(xué)研究機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

這種高性能的設(shè)備可以從人類大腦當(dāng)中分析出海量的數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代的超級計算機(jī)與大數(shù)據(jù)算法，就可以借助這些數(shù)據(jù)對具體個人在未來一段時間內(nèi)的心理、健康乃至行為作出預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)個性化的醫(yī)療、教育和生活指導(dǎo)。

在過去幾年中，已經(jīng)有過若干試圖利用無創(chuàng)腦成像技術(shù)進(jìn)行預(yù)測的研究，其中有不少都是針對成人或兒童的學(xué)習(xí)和認(rèn)知表現(xiàn)展開的。這些研究，在未來將有助于為每個人量身打造個性化教育。

研究表明，大腦背側(cè)紋狀體體積較大的人，更善于掌握電子游戲的技巧，而與之相對，這個腦區(qū)受損的病人都會表現(xiàn)出不同程度的學(xué)習(xí)障礙。21世紀(jì)初的一些研究則表明，大腦頂葉不對稱以及左側(cè)哈氏回的白質(zhì)密度較高的人，擁有較好的外語學(xué)習(xí)能力。不但如此，還有一些通過對被試者進(jìn)行實(shí)時觀測的研究，更是直接將大腦的某些區(qū)域和特定的腦活動信號與特定的學(xué)習(xí)認(rèn)知活動相關(guān)聯(lián)了起來——這些神經(jīng)學(xué)特征可以很好地反映出一個人處于怎樣的精神狀態(tài)中。

有證據(jù)提示，大約有5%～17%的兒童會在剛上學(xué)時出現(xiàn)發(fā)育性閱讀障礙的癥狀，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(xué)會閱讀。這種現(xiàn)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(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一類特征性的電活動。利用這些神經(jīng)學(xué)特征來預(yù)測這些孩子在8歲左右是否會出現(xiàn)發(fā)育性閱讀障礙，準(zhǔn)確率能達(dá)到81%。

與此類似，有一項(xiàng)研究表明，通過功能性MRI檢測大腦右側(cè)額下回的活躍程度，可以預(yù)測8～12歲的青少年在接下來幾個月中的語言學(xué)習(xí)能力。無獨(dú)有偶，在另一項(xiàng)研究兒童數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們也得到了類似的結(jié)論，研究人員發(fā)現(xiàn)大腦右側(cè)海馬灰質(zhì)較大的學(xué)生在解決數(shù)學(xué)問題時具有優(yōu)勢。

除了學(xué)習(xí)和認(rèn)知等與大腦直接相關(guān)的信息外，通過掃描大腦所能預(yù)測的事情還有更多，其中就包括健康預(yù)測以及治療手段是否能生效這樣的切身大事。而這些信息，可以為個性化治療和保健提供至關(guān)重要的參考。

在最近幾年的若干研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)那些大腦前額葉與前扣帶回活躍度較低，而基底神經(jīng)節(jié)比較活躍的青少年更有可能酗酒，之前的研究也提示這些腦區(qū)和人的自制力密切相關(guān)。

除了酒精的問題以外，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(jìn)行了分析，結(jié)果都在大腦中尋找了多處與之相關(guān)的神經(jīng)學(xué)特征。

這些對神經(jīng)學(xué)特征的分析，不但可以預(yù)測每個人的健康狀況，還可以為療法的選擇提供指導(dǎo)。

以抑郁癥為例，當(dāng)前的治療手段，無論是心理干預(yù)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(tǒng)的診斷技術(shù)并不能很準(zhǔn)確地對患者的特質(zhì)進(jìn)行分析。加布里埃利相信，如果將預(yù)測神經(jīng)科學(xué)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(jù)。研究人員發(fā)現(xiàn)，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(qū)的代謝水平密切相關(guān)。有證據(jù)顯示，提升那一片腦區(qū)的活躍程度可以大大提升抑郁癥的治療效果。事實(shí)上，利用深度腦刺激治療抑郁癥的技術(shù)就基于這些理論。在其他諸如強(qiáng)迫癥、焦慮癥、社交恐懼癥等神經(jīng)精神類疾病中，借助于MRI的個性化醫(yī)療都取得了不俗的成績。

預(yù)測神經(jīng)科學(xué)所面對的最具爭議的話題，可能莫過于對犯罪行為的預(yù)測。

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(guān)。2013年的一項(xiàng)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(rèn)知沖突的過程中具有異常重要的作用。加布里埃利認(rèn)為，這個證據(jù)對于犯罪預(yù)警具有一定的意義，因?yàn)樵撋窠?jīng)學(xué)特征與其它預(yù)警犯罪的因子（年齡、精神疾病檢測分?jǐn)?shù)、藥物濫用等）之間是相互獨(dú)立的。

對于將行為預(yù)測引入犯罪預(yù)警可能導(dǎo)致的倫理困境，加布里埃利表示：“我最感興趣的目標(biāo)，還是幫助所有的孩子更好地學(xué)習(xí)閱讀與數(shù)學(xué)，幫助所有的病人更好地接受治療，我相信大多數(shù)人都會認(rèn)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?！彼鶕?dān)心的倫理問題只在于這種信息是否會被用作篩選標(biāo)準(zhǔn)，將人分成三六九等而只為少數(shù)最可能成功的人服務(wù)。

當(dāng)然，加布里埃利也清楚地認(rèn)識到大腦的復(fù)雜性，因而，理解復(fù)雜的大腦與行為的聯(lián)系是一個長期的科學(xué)任務(wù)，現(xiàn)在最大的瓶頸，或許是人類無創(chuàng)腦成像技術(shù)的測量精度限制。但在他看來，在現(xiàn)有觀測精度與對大腦理解水平的框架內(nèi)，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。（來源：生物360 責(zé)任編輯/余風(fēng)）