禁忌殿堂:大腦植入電極的是非功過

大腦和電,這兩個詞結合到一起總會給人不好的聯想。然而如果我們平心靜氣地觀察一下醫學史,會發現現代醫學不僅掌握了電擊大腦的正確使用方式,甚至更進一步,開始嘗試在人類大腦中植入電極,進行長時間放電。

從上世紀80年代末開始,生物科學發現用電流刺激腦組織,可以對人類的各種心理、生理技能產生影響。肌體功能、意識、記憶,語言能力,甚至性格,都可能在腦垂體被電流刺激下發生某種改變。

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這種現像到底是什麼原理,至今也沒有完美的答案。而與粗暴的「戒網癮電擊」相比。動物實驗表明,透過開顱手術在腦中植入電極,在大腦特殊部位激發1~5V的電流,將有可能在無明顯副作用的前提下完成手術般的「精準電擊」。

之後,腦中電極逐步從動物實驗走向臨床,在帕金森、癱瘓與癲癇等疾病中發揮難以替代的作用——與此同時,這項技術也伴隨著眾多爭議、瘋狂與奇妙發現。

讓我們先從這個領域最著名的「半機器人之父」說起。

醫學之路

在大腦中植入電極放電,可以影響生物體的神經中樞,這事早在上世紀八十年代就已經被發現了。比如透過電極來影響獼猴的運動神經。

但是類似科學實驗有個重要的問題,就是植入的電極會引發排異反應,造成實驗動物的大腦損傷。

直到上世紀九十年代,著名神經學家凱爾·甘迺迪發明了一種可以長期放在大腦中的電極材料,他稱之為「親神經電極」。這個發明讓大腦植入電極開始從只能做動物實驗,開始向醫學臨床邁出了極為關鍵的一步。而凱爾·甘迺迪也成為了這個領域最著名的科學家之一。

2017年,《連線》雜誌專題報導了凱爾·甘迺迪的故事。這位科學家的一生,都與腦中植入電極這件事息息相關,甚至可謂榮辱與共。

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1998年,獲得FDA許可之後,凱爾為一位中風導致全身癱瘓、只能靠呼吸機維生、全身僅能眨眼的病患進行了大腦植入電極手術。透過讀取病患腦中電極發射出的訊號,這名癱瘓患者成功在電腦上完成了打字。

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這個嘗試可謂跨時代的。這意味著癱瘓、漸凍症等只有意識清醒,全身無法活動的患者,多了一個重新與外界交流的可能。

然而好景不長,嚴重的排異反應以及顱內手術難以癒合,讓腦中電極在長達十幾年的時間中持續走入了低迷。FDA取消了類似手術的許可,凱爾的學術資助也幾近枯竭。而讓他再次名揚天下的事件,是2014年在已經無法得到臨床實驗機會,資金瀕臨匱乏的情況下,凱爾決定用自己當「實驗品」,為自己進行了大腦電極植入手術。

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手術引發了相當嚴重的並發症,凱爾有兩個月時間無法說話,並且疼痛難忍。然而實驗積累的資料,卻讓神經學界再次看到了讓全身癱瘓患者開口說話的可能。

這個故事在媒體報導後廣為流傳,凱爾也被稱為21世紀瘋狂科學家的代表。在這些用生命探索大腦真相的步伐之後,腦中電極在今天臨床醫學當中逐漸成熟。

例如在癲癇病領域,在大腦中植入電極可以偵測電線發作訊號,進而發送脈衝阻斷這種訊號,這種操作已經有了臨床應用可能。再比如脊髓炎和脊髓損傷的康復中,腦中電極可以放射增強訊號,幫助患者更好完成持握、提拉等動作。

在帕金森氏症方面,腦中植入電極也開始作為一種新的應對方案,雖然還僅僅處在非常謹慎的早期探索週期。

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在中國,透過開顱手術進行腦內放電刺激,也開始作為特定帕金森、神經性厭食症的治療方案之一。甚至已經開始嘗試腦中電極幫助戒毒的可能。

而在實驗室中,腦中電極技術已經開始由一種醫學手段逐漸進化,向人類大腦深處的某些祕密進發。

記憶宮殿

神經科學,尤其是對大腦的研究,經常在不經然間敲開令人驚奇的大門。

2008年,加拿大一個腦中植入電極的案例中,竟然有了意外發現。這個案例中,一個肥胖症患者嘗試腦中植入電極來干擾肥胖症。結果科學家意外發現,電極竟然顯著提升了患者的記憶能力。

這意味著,人類的記憶宮殿,也是可以透過在腦皮層中特定領域進行電擊來改變的。甚至記憶力這個東西,也可以被電擊下變得更好或者更糟。

這個發現自誕生起就收穫了廣泛關注。被稱為現實世界神盾局的美國國防高級研究計畫署(DARPA),就長期資助了一項「恢復主動記憶」的科研項目項目的一部分。這個項目希望透過在人腦中植入電極並進行異常放電,幫助人類恢復起已經遺忘的記憶。

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顯然,如果一個人擁有無限的記憶,那麼對於情報、軍事等領域的影響是難以預料的。但是透過腦中電極來徹底解鎖記憶殿堂的密碼,今天還是為時尚早的一件事。

而這個角度真正值得期待的進展還是在醫學上。比如說賓夕法尼亞大學的一項研究表明,科研大腦中植入電極並發射特定脈衝的方式,來激發受試者的記憶。

於是老年痴呆、腦損傷等疾病帶來的失憶症,也被納入了大腦電極的研究範疇。

禁忌魔盒

當然,關於大腦電極,這幾年並不總是出現好消息。

比如另一項研究證明,大腦電極還可能有一個能力,就是透過腦中放電來讓生物體獲得快感。

2005年,美國神經學家海倫‧梅伯格團隊發佈了這樣一個研究:透過大腦植入電極,在特定腦垂體處放電,將可以有效治癒嚴重抑鬱症。對於藥物和心理治療完全沒有反應的患者,卻透通過大腦放電的方式重新找回了「快樂」。

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這個發現雖然也是醫學上的進展,但卻隨之帶來了相當強烈的爭議:假如快樂可以有一個開關來控制,按下電鈕人腦就能在放電中收穫快感,那麼這一切跟毒品有什麼區別?

進行腦中電極快感實驗的小白鼠,就被證明回不停地按動開關來收穫快感,直到昏迷過去。假如這種能力在人類當中普及,那後果可能不堪設想。

想像一下,人類可以在腦中安放一個電極裝置。按下開關各種幸福感、快樂感、性刺激接踵而至,那麼誰還希望努力工作收穫現實的幸福呢?誰又能阻止這些人從虛假的放電快感中停下?

大腦電極在治病救人的同時,同樣也打開了一些禁忌。但有一點似乎可以肯定:透過腦中放電能夠帶給一個人的改變,可能遠比我們想像中更多。

顱內電極技術存在的問題

聽上去挺玄乎的腦中電極技術,好像已經可以解決不少問題。

但為什麼我們在生活中還是很難看到大腦電極對癱瘓、帕金森氏症患者的治療呢?

首先,大腦電極還處在非常原始的探索階段,人類醫學還不能特定觀察出到底在什麼區域、如何放電可以激發患者的特定能力。讓癱瘓患者透過腦電波交流,更僅僅是一個假設。所以截至目前,顱內電極都只能是在機器嚴重的癲癇、癱瘓、腦損傷案例中,在實在沒有其他辦法的前提下才能使用。

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人類對腦中放電的認識,還留有大片大片的空白。

而電極技術本身也有兩個問題。首先是材料問題,很多靈敏度高的電極材料,尤其是金屬材料,很容易在腦中引發排異反應和顱內出血,以及難以預料的腦損傷。然而親神經性的材料,比如微電極束,又有著訊號分辨率太差的問題。無法高精度接受訊號,讓腦中電極的精準工作很難進行。

魚和熊掌不可兼得,以及高危風險、倫理難題,讓腦中電極技術還停留在萬不得已才會使用的階段。

當然,改變也在醞釀當中。

已經顯現的改進方案

目前,對於腦中電極手術的改進主要集中在兩方面:

首先是對電極材料進行優化。凱爾‧甘迺迪發明的親神經材料,本質上是給金屬電極進行外包層,在金屬的導電性和人體排異中取得折中方案。

而在很多新的醫療材料研究中,導電性高同時不產生排異的方案已經出爐。比如伊利諾伊大學的研究團隊,就研製了一種柔性技術材料,它能夠最大限度貼合腦組織,同時保留了金屬電極的導電精度。

另一種想法認為,相對大腦深處進行放電,也不一定非要進行開顱手術和人腦植入。2017年6月,麻省理工在權威科學期刊《細胞》上發佈了最新的研究成果。研究者透過僅僅貼在頭皮上的外部電極,對小白鼠進行了腦內深度放電。甚至可以操縱小白鼠的耳朵、爪子、鬍鬚按照指令活動。

這項研究受到了廣泛的重視,如果能不開顱進行深度放電刺激,那麼很多腦內電極的負面風險將迎刃而解。當然,到目前為止這還僅僅是個實驗室研究。

禁忌殿堂:大腦植入電極的是非功過

回看一下, 在30多年的歷程裡,腦內植入電極逐漸成一種現象的偶然發現,變成了眾多重症患者家屬的救命稻草,甚至成為了探索人類大腦、記憶、快感的途徑,變成了一扇未來之門。

科學研究總是如此,危險與收穫結伴而來。或許不要懼怕推開任何潘朵拉之門才是最好的解決方案。因為關在門裡的祕密,才真正危險。

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