给大脑来点刺激

大脑是人体中最神秘的地方，它是怎么工作的？如何探知思考的过程？这可以说是人类对自身最大的好奇了。科学家试图找出这些问题的答案，他们发现用一些手段刺激大脑，可以改变大脑的状态，甚至可以对大脑注入特定的信息。听起来是不是有点儿科幻+“暗黑”呢？

电一电

经颅电刺激

18世纪末，伽伐尼和福特的研究就证明了生物电的存在。事实上，大脑中的神经元正是用电信号和释放化学递质来传递信息的。因此，从理论上说，直接用电刺激大脑就可以对大脑产生影响。于是，电击大脑就登上了科学家的实验目录。看到这里，请不要联想到恐怖故事里虐待实验对象的疯狂科学家（虽然早期科学家的一些研究现在看来确实有点疯狂）。如今，在对大脑进行电刺激方面已发展出了安全可靠的技术，其中无创伤性的称为经颅电刺激。

目前常用的经颅电刺激包括经颅直流电刺激（tDCS）和经颅交流电刺激（tACS）。顾名思义，这两者的区别在于使用的是交流电还是直流电。使用经颅电刺激时，将电极贴在头皮表面，可以相对精准地影响头皮下的对应脑区。它可以激活脑区，也可以抑制脑区。电极分阴极和阳极，同一个脑区受到阴极和阳极的刺激，可能产生不同的效果。这种技术不会给受试对象带来创伤，但或许也因为没有直接接触大脑，所以不能十分精准地影响特定脑区。

不过，你可千万别以为电击一下，就可包治百病。事实上，除了用于研究大脑反应外，这一技术主要应用于神经损伤、抑郁症等病症。目前没有任何证据表明经颅电刺激可以令健康人提高认知水平，也没有证据表明它对阿尔茨海默症（俗称老年痴呆）、帕金森症等疾病有治疗效果。

磁场的神秘力量

经颅磁刺激

另外一种无创伤性的刺激手段是经颅磁刺激（TMS）。由于电磁相互作用，变化的电场可以产生磁场，变化的磁场也可以产生电场。TMS就是利用脉冲磁场产生感应电流，让感应电流来刺激靶向脑区。通过调节磁场的频率和强度，就可以改变感应电流，影响脑区。

TMS和经颅电刺激的作用相似，也不能十分精准地影响特定脑区。人们只能通过计算，调整磁线圈，将磁场尽可能地集中到想要刺激的部位。同样的，TMS也可用于抑郁症和神经损伤的治疗。在其他领域，TMS也获得了广泛关注。例如，有人采用TMS结合虚拟现实技术（VR）来治疗恐高症。被试者进入设置为高处的虚拟环境中，接受TMS，以抑制恐惧感。慢慢地，被试者就会适应身在高处的感觉，从而摆脱原本难以控制的恐惧。还有人把TMS用在电子竞技比赛里：电子竞技选手在赛前接受TMS，以提高在比赛中的专注度，取得更好的比赛成绩。

不过，我们还是要像对经颅电刺激那样说一句：磁场不能包治百病！

给大脑装个电极

深部脑刺激

前面提到的这两种技术都是作用于头皮，不会对人有伤害，但进一步的技术就不是无创伤性的了。深部脑刺激（DBS）就是给病人进行手术，在其脑中置入电极，直接电刺激深部脑区。

DBS已用于治疗帕金森症。在该病发病早期，中脑黑质多巴胺能神经元会出现衰退，导致患者运动控制功能减弱，表现在身体上，就是震颤——手不由自主地抖动。慢慢地，患者不能做出精细的动作，无法用筷子，吐字不清，吞咽困难……患者的生活质量因此受到很大的影响。DBS能直接刺激黑质核团，让仍存活的多巴胺能神经元分泌更多的多巴胺，来恢复患者的运动功能。这样就能够大幅度提高帕金森患者的生活水平，使他们再获得3—5年高质量的生活。但遗憾的是，DBS并不能真正治愈帕金森症，也无法阻止之后的病情恶化。

除了帕金森症外，DBS在抑郁症、阿尔茨海默症等疾病的治疗中也有应用。但DBS价格昂贵，需要进行创伤性手术，手术难度也很高，所以应用没有经颅电刺激和磁刺激那么广泛。

实验室

黑科技

上述的技术都较为成熟，已经进入了实际应用。实验室中的技术就大大不同了——前沿、深入，黑科技！

光遗传技术（optogenetics）是一种神经科学技术，其中“遗传”一词来自词根“-genetics”，代表“产生”的意思，因为这种技术是用光来产生作用的，我们可以理解为用光刺激大脑的技术。

这一技术的关键，是光敏感通道蛋白。它是细胞膜表面的一种通道蛋白，当被一定波长的光照射时，就会被激活，通道就会打开，离子就会进入或者跑出神经元，从而使神经元被激活或者被抑制。我们视网膜上的感光神经元就拥有这种通道蛋白，当它被光激活，神经元细胞就能接收视觉信息。除了人类，很多生物身上都有这种蛋白，所以研究起来还算方便。光遗传技术实验中使用的通道蛋白大多是从水藻中提取的。

怎样让大脑的神经元接受光的刺激呢？首先，利用病毒或转基因将光敏感通道蛋白表达在小白鼠大脑的部分神经元里。利用病毒注射的方法，可以通过注射位点来选择特定脑区；利用转基因的方法，通过选择基因启动子，可以让通道蛋白只在注射位点附近的特定类型的神经元中表达。然后，在小白鼠脑中植入一根光纤，导入激光。光纤——通道蛋白——神经元，这条光路开启，特定脑区内特定类型的神经元就会因光照而被激活或被抑制。

利用光遗传技术，可以对神经元实现时间、空间上都非常精准的调控，这种技术因此成为了神经科学家的宠儿。它之所以还停留在实验室阶段，主要是因为病毒注射还不能轻易用于人体。而且要使光直接照射神经元，必须进行创伤性手术，在大脑中植入光纤，这大大限制了这一技术应用在人体上的可能性。

让大脑“听”

超声刺激技术

和光遗传技术类似，超声刺激技术也使用了一种通道蛋白，不过不是对光敏感，而是对超声波敏感。耳蜗毛细胞中的通道蛋白能够被超声波激活，将它表达在神经元中，就可以使神经元“听”到超声波而被激活。

超声刺激技术也可以在时间、空间上精准地调控神经元。而且，由于声音的穿透性比光好很多，不需要植入“声纤”就可以从头皮外传至大脑的任何一个神经元。因此这一技术不需要创伤性手术，比光遗传技术对人体更友好。遗憾的是，由于仍需通过注射病毒的方式将通道蛋白表达在神经元中，这一技术离临床应用还有一段距离。

类似的，还有利用磁敏感通道蛋白的磁激活技术、利用皮肤热敏感通道蛋白的热激活技术。这两种技术分别利用磁场和温度来激活或抑制神经元，达到调控神經元的目的。不过目前这些通道蛋白的构建技术还不够成熟，只有少数实验室在研究使用。

看了这么多刺激大脑的方法，你是不是有点担心——能如此调控神经元，那岂不是也可以控制大脑了？

目前这些大脑刺激技术大多只能影响大脑的整体状态，如缓解抑郁症状、提高愉悦感和注意力等，并不能实现给大脑输入有效信息的目的。我们日常大脑运转所利用的信息极为复杂，而这些技术对大脑所做的简单刺激，信息量远远不够。例如，利用经颅磁刺激来刺激视觉皮层，可以产生“光幻视”——被试者会感觉看到了一个光点。这与大脑构建一个具体形象（比如你想起妈妈的脸）相比，可差得太远了。就像你可以用擀面杖来让钢琴响起来，但你不可能用擀面杖在钢琴上弹奏莫扎特。我们对大脑的认知水平尚不足以理解它是如何工作的，更遑论反过来用外力控制它了。黑科技，也不那么黑呀！