大腦植入好心情

方陵生

隨著大腦植入技術(shù)的發(fā)展，通過大腦電擊植入治療抑郁癥，讓患者重新?lián)碛泻眯那榈募夹g(shù)正越來越接近現(xiàn)實(shí)。而現(xiàn)實(shí)情況是，在1620萬患有嚴(yán)重抑郁癥的美國成年人中，傳統(tǒng)的抑郁癥治療法對其中約三分之一的人都不起作用。大批患有嚴(yán)重抑郁癥的患者可能既沒有得到充分的診斷，也沒有得到充分的重視。

一位44歲女子的大腦外層布滿了數(shù)百個(gè)微型電極，這些植入到她頭部下側(cè)的傳感器，每一個(gè)都只比芝麻粒略大一點(diǎn)，它們就像安置在巖層中的地震傳感器一樣，可以用來監(jiān)聽癲癇開始發(fā)作時(shí)的聲音。

美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)不止是傾聽大腦的聲音，在征得患者的同意后，他們還通過這些電極，在患者大腦的不同部位引發(fā)了微小的“電震”。這些人工引發(fā)的微弱電脈沖，患者基本上是感覺不到的，而當(dāng)研究人員將電脈沖的發(fā)射目標(biāo)對準(zhǔn)患者眼睛后方的大腦區(qū)域時(shí)，卻獲得了他們期待的效果，這位女士道：“我感覺大腦平靜多了?！?/p>

在對其他參與者大腦中的同樣部位進(jìn)行這種微弱電脈沖電擊時(shí)，他們也有類似的反應(yīng)。加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)學(xué)家克里斯汀·塞勒斯發(fā)現(xiàn)，通過刺激大腦的這一區(qū)域，患者情緒明顯有所提升。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓研究人員離一個(gè)大膽的目標(biāo)更進(jìn)了一步：將某種設(shè)備植入重度抑郁癥患者的大腦，檢測即將發(fā)生的危機(jī)，并將大腦從危機(jī)中拯救出來。

電刺激真的能讓患者改變情緒，擺脫抑郁嗎？聽起來像是科幻小說，但這正是研究人員努力的目標(biāo)。如今這一夢想的實(shí)現(xiàn)已邁出了關(guān)鍵性的一步，夢想正在變成現(xiàn)實(shí)。

過去幾年里，無論是在發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致抑郁情緒的神經(jīng)信號的大腦部位上，還是在試圖重置大腦改變情緒方面，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)都已經(jīng)取得了驚人的進(jìn)展。目前，一些研究人員正集中對抑郁癥的一些大腦關(guān)鍵特征進(jìn)行研究，包括某些特定大腦區(qū)域上的特定類型腦電波，比如眼睛后部和略高于眼睛上方的腦電波。另一些研究人員則專注于探索如何針對導(dǎo)致抑郁癥的大腦活動的缺陷來對大腦“撥亂反正”。一種既能學(xué)習(xí)大腦語言，又能在患者情緒低落時(shí)調(diào)整大腦“劇情”的小型可植入設(shè)備，將成為一種極其重要的臨床工具。

神經(jīng)回路“病”了該怎么辦

當(dāng)喬治于幾十年前開始研究抑郁癥時(shí)，弗洛伊德理論仍然在這一領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，弗洛伊德理論將抑郁癥歸咎于糟糕的教育和被壓抑的憤怒。隨后出現(xiàn)的大腦化學(xué)物質(zhì)失衡理論認(rèn)為，大腦只需要少許合適的化學(xué)信號來修復(fù)自身，比如加入血清素等關(guān)鍵成分。

隨著大腦成像技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家們認(rèn)為，抑郁是大腦神經(jīng)回路產(chǎn)生了紊亂，這種紊亂與人類情緒情感的變化密切相關(guān)。事實(shí)證明，情緒與大腦的大部分區(qū)域有關(guān)。研究人員利用功能性磁共振成像（fMRI）掃描技術(shù)在大腦中尋找情緒變化的蛛絲馬跡，他們發(fā)現(xiàn)傷感歌曲或催人淚下的電影情節(jié)都會激發(fā)大腦神經(jīng)活動，讓人心情低落或產(chǎn)生悲傷情緒。

功能性磁共振成像雖然可以讓科學(xué)家看到整個(gè)大腦的工作情況，但缺點(diǎn)是分辨率較低，要準(zhǔn)確、快速地感知并改變大腦活動，必須要有更高的分辨率，而植入電極符合這一要求，它可以對某個(gè)特定大腦區(qū)域進(jìn)行更細(xì)致的觀察，以精確解碼大腦情緒。

在洛杉磯南加州大學(xué)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，7名患者在醫(yī)院里接受電極監(jiān)測大腦活動的測試。他們每隔一段時(shí)間就要回答一些與情緒有關(guān)的問題，研究人員則在邊上記錄下患者情緒轉(zhuǎn)換時(shí)的大腦活動，然后將大腦活動數(shù)據(jù)與情緒進(jìn)行比對。

這項(xiàng)任務(wù)并不簡單，植入電極記錄了大量數(shù)據(jù)，但其中大部分與情緒無關(guān)。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種將可預(yù)測情緒的幾個(gè)關(guān)鍵性大腦區(qū)域的數(shù)據(jù)提取出來的算法。這一算法就像一個(gè)大腦“解碼器”，可根據(jù)大腦活動判斷出一個(gè)人的心情，實(shí)時(shí)顯示每個(gè)患者的情緒變化。

癲癇患者的大腦處理情緒的方式可能有所不同，但研究人員仍然認(rèn)為這一結(jié)果具有普遍性。在接受測試的7人中，每個(gè)人的大腦都有自己預(yù)測情緒的熱點(diǎn)，但也有一些共同點(diǎn)。其中4名患者的眼窩前額皮質(zhì)是最具預(yù)測性的部位之一，科學(xué)家們通過刺激它來提升患者情緒。

眼窩前額皮質(zhì)與其他對情緒變化很重要的大腦系統(tǒng)都有聯(lián)系，雖然不能說這一定是最佳刺激點(diǎn)，但它絕對是探測大腦最好的一個(gè)切入點(diǎn)。其他一些研究也發(fā)現(xiàn)了與抑郁癥有關(guān)的其他大腦變化，比如在海馬和杏仁核之間傳遞信息的腦電波活動等。

這些研究為了解抑郁癥患者的大腦活動提供了更為詳盡的細(xì)節(jié)，但僅僅是了解是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

用電脈沖來提升情緒

幾十年來，醫(yī)學(xué)家們一直在利用電刺激來幫助患者大腦擺脫抑郁。電休克療法于20世紀(jì)30年代首次使用，到50年代已成為一種常見的抑郁癥治療方法?，F(xiàn)代療法通過刺激大腦并在一定程度上重置大腦，這對于一些重度抑郁癥患者來說可能是一種更有效的治療方法。

通過觀察大腦某些區(qū)域的神經(jīng)活動可以破譯人類情緒變化之謎，圖中突顯亮色顯示相關(guān)大腦區(qū)域的神經(jīng)元連接。

研究人員要創(chuàng)建的是一個(gè)可監(jiān)測和改變大腦神經(jīng)活動的植入系統(tǒng)，一個(gè)置于大腦表面以及深入涉及情緒、成癮等大腦區(qū)域的電極陣列系統(tǒng)。

其他用于抑郁癥的腦刺激方法還有將電極安置在頭皮表面的經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）。盡管這項(xiàng)技術(shù)還在研究之中，但tDCS作為一種鎖定大腦“黑客”、改善患者情緒的治療方法已經(jīng)很受歡迎，甚至被用來嘗試通過深部腦刺激抑制帕金森病的某些癥狀。但這項(xiàng)技術(shù)需要手術(shù)，且植入的刺激器必須手動調(diào)整。

通過大腦深部刺激來治療抑郁癥的最初臨床嘗試幾乎都是強(qiáng)力刺激，通過持續(xù)的、全方位的強(qiáng)電脈沖刺激對大腦產(chǎn)生干擾信號。這項(xiàng)療法對一些患者有極大幫助，但對另外一些患者則收效甚微。因此，一些研究大腦深部刺激的研究人員認(rèn)為這一技術(shù)仍存在缺陷。

美國波士頓麻省總醫(yī)院的達(dá)林·多爾蒂正在研究一種可以根據(jù)患者情況實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)。多爾蒂的合作者——埃里卡·韋奇和他的同事正在研究如何在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)和適當(dāng)?shù)奈恢米⑸溥m當(dāng)劑量的電子藥物，巧妙驅(qū)動和改變復(fù)雜的大腦回路。在對癲癇患者的臨床測試研究中，韋奇等人試圖通過輕微刺激稍微改變大腦神經(jīng)狀態(tài)來改變?nèi)藗兊那榫w和心情。

加利福尼亞大學(xué)舊金山分校和馬薩諸塞州總醫(yī)院開發(fā)的被稱為閉環(huán)刺激器的新一代系統(tǒng)，可在檢測大腦活動變化的同時(shí)，以外科手術(shù)的精度對患者大腦進(jìn)行電子干預(yù)。韋奇團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究可在實(shí)驗(yàn)室中測量的大腦回路的一些特征，比如認(rèn)知靈活性（快速轉(zhuǎn)換策略的能力）和情緒調(diào)節(jié)調(diào)控能力等，研究人員認(rèn)為，這些大腦回路特征的變化可能與某些大腦疾病有關(guān)。

在實(shí)驗(yàn)中，韋奇和他的同事在招募來的自愿者大腦中植入了用于治療癲癇的電極，刺激大腦特定部位，使參與者表現(xiàn)出輕微的行為方式改變。他們發(fā)現(xiàn)一件有趣的事，通過實(shí)驗(yàn)可以改變一個(gè)人行為的5%或10%，但不能完全改變這個(gè)人的行為。一個(gè)患有抑郁癥的人可能會開始愿意到外面去走走或去咖啡館坐坐，但不太可能有多大的轉(zhuǎn)變。

韋奇通過動物研究和計(jì)算機(jī)模型的模擬結(jié)果，試圖找出修正神經(jīng)回路的最佳方式。他在發(fā)表的研究報(bào)告上稱，重要的是刺激大腦的時(shí)機(jī)與腦電波產(chǎn)生時(shí)機(jī)的契合，這需要找到一個(gè)合適的切入點(diǎn)，然后要做的就是給它一點(diǎn)推力。在合適的時(shí)機(jī)，適當(dāng)推動一下，將神經(jīng)回路引導(dǎo)到正確路線上來，然后希望整個(gè)事情朝著預(yù)定的方向發(fā)展。

而薩內(nèi)奇團(tuán)隊(duì)正在研究如何進(jìn)一步優(yōu)化大腦刺激實(shí)驗(yàn)。她和同事們利用計(jì)算機(jī)模型的模擬結(jié)果，研究如何用可控方式改變與抑郁癥相關(guān)的大腦活動，將大腦神經(jīng)回路行為嚴(yán)格控制在健康范圍內(nèi)。臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單次和連續(xù)的眼窩前額皮質(zhì)電刺激對附近和遠(yuǎn)處的神經(jīng)組織會產(chǎn)生不同的效果。

調(diào)控心情的未來不是夢

在大腦中植入一個(gè)具有影響情緒能力的系統(tǒng)似乎會令人不安。但研究人員指出，事實(shí)上很多事情都會改變我們的情緒，比如冥想、鍛煉和飲酒。

科學(xué)家們還不能確定需要刺激大腦的哪個(gè)部位，以及如何刺激。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，每個(gè)個(gè)體對這些問題可能都有不同的答案。即使這些問題都弄清楚了，還需要有相應(yīng)的“改變心情”的理想硬件設(shè)備。目前在改變情緒的相關(guān)研究中所使用的設(shè)備，如連接自愿者頭骨的電線，都需要連接到大型外部計(jì)算機(jī)上，因此受試者是無法自由移動的。

因而，將所有硬件都安裝在大腦里，對大腦回路進(jìn)行瞬時(shí)評估，并對神經(jīng)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，將是一個(gè)長遠(yuǎn)的目標(biāo)，還有很長的路要走。整個(gè)系統(tǒng)，包括電極、處理器和電源在內(nèi)都需要進(jìn)一步改進(jìn)，以便能夠靈活處理復(fù)雜算法。同時(shí)，要讓這個(gè)系統(tǒng)永久駐留在人體內(nèi)，還要有足夠強(qiáng)大的動力支持。

研究人員設(shè)想有一天能夠利用這種系統(tǒng)，以及驅(qū)動它的理論，來解決除了抑郁癥以外的如藥物依賴等更多的問題。

未來幾年里，科學(xué)家們將擁有更多進(jìn)入大腦并以精確方式影響它的能力。畢竟，與身體其他部位相比，大腦的可塑性更強(qiáng)。一切皆有可能，科學(xué)家們所要做的只是弄明白如何去實(shí)現(xiàn)這些可能性。