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禁忌殿堂:大脑植入电极的是非功过

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发表于 2019-1-24 09:08:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
大脑和电,这两个词结合到一起总会给人不好的联想,比如“杨教授”之类的。

  然而如果我们平心静气地观察一下医学史,会发现现代医学不仅掌握了电击大脑的正确使用方式,甚至更进一步,开始尝试在人类大脑中植入电极,进行长时间放电。

  从上世纪80年代末开始,生物科学发现用电流刺激脑组织,可以对人类的各种心理、生理技能产生影响。肌体功能、意识、记忆,语言能力,甚至性格,都可能在脑垂体被电流刺激下发生某种改变。


  这种现象到底是什么原理,至今也没有完美的答案。而与粗暴的“戒网瘾电击”相比。动物实验表明,通过开颅手术在脑中植入电极,在大脑特殊部位激发1~5V的电流,将有可能在无明显副作用的前提下完成手术般的“精准电击”。

  之后,脑中电极逐步从动物实验走向临床,在帕金森、瘫痪与癫痫等疾病中发挥难以替代的作用——与此同时,这项技术也伴随着众多争议、疯狂与奇妙发现。

  让我们先从这个领域最著名的“半机器人之父”说起。

  医学之路

  在大脑中植入电极放电,可以影响生物体的神经中枢,这事早在上世纪八十年代就已经被发现了。比如通过电极来影响猕猴的运动神经。

  但是类似科学实验有个重要的问题,就是植入的电极会引发排异反应,造成实验动物的大脑损伤。

  直到上世纪九十年代,著名神经学家凯尔·肯尼迪发明了一种可以长期放在大脑中的电极材料,他称之为“亲神经电极”。这个发明让大脑植入电极开始从只能做动物实验,开始向医学临床迈出了极为关键的一步。而凯尔·肯尼迪也成为了这个领域最著名的科学家之一。

  2017年,《连线》杂志专题报道了凯尔·肯尼迪的故事。这位科学家的一生,都与脑中植入电极这件事息息相关,甚至可谓荣辱与共。


  1998年,获得FDA许可之后,凯尔为一位中风导致全身瘫痪、只能靠呼吸机维生、全身仅能眨眼的病患进行了大脑植入电极手术。通过读取病患脑中电极发射出的信号,这名瘫痪患者成功在电脑上完成了打字。


  这个尝试可谓跨时代的。这意味着瘫痪、渐冻症等只有意识清醒,全身无法活动的患者,多了一个重新与外界交流的可能。

  然而好景不长,严重的排异反应以及颅内手术难以愈合,让脑中电极在长达十几年的时间中持续走入了低迷。FDA取消了类似手术的许可,凯尔的学术资助也几近枯竭。而让他再次名扬天下的事件,是2014年在已经无法得到临床实验机会,资金濒临匮乏的情况下,凯尔决定用自己当“实验品”,为自己进行了大脑电极植入手术。


  手术引发了相当严重的并发症,凯尔有两个月时间无法说话,并且疼痛难忍。然而实验积累的数据,却让神经学界再次看到了让全身瘫痪患者开口说话的可能。

  这个故事在媒体报道后广为流传,凯尔也被称为21世纪疯狂科学家的代表。在这些用生命探索大脑真相的步伐之后,脑中电极在今天临床医学当中逐渐成熟。

  例如在癫痫病领域,在大脑中植入电极可以侦测电线发作信号,进而发送脉冲阻断这种信号,这种操作已经有了临床应用可能。再比如脊髓炎和脊髓损伤的康复中,脑中电极可以放射增强信号,帮助患者更好完成持握、提拉等动作。

  在帕金森症方面,脑中植入电极也开始作为一种新的应对方案,虽然还仅仅处在非常谨慎的早期探索周期。



  在我国,通过开颅手术进行脑内放电刺激,也开始作为特定帕金森、神经性厌食症的治疗方案之一。甚至已经开始尝试脑中电极帮助戒毒的可能。

  而在实验室中,脑中电极技术已经开始由一种医学手段逐渐进化,向人类大脑深处的某些秘密进发。

  记忆宫殿

  神经科学,尤其是对大脑的研究,经常在不经然间敲开令人惊奇的大门。

  2008年,加拿大一个脑中植入电极的案例中,竟然有了意外发现。这个案例中,一个肥胖症患者尝试脑中植入电极来干扰肥胖症。结果科学家意外发现,电极竟然显著提升了患者的记忆能力。

  这意味着,人类的记忆宫殿,也是可以通过在脑皮层哔~定领域进行电击来改变的。甚至记忆力这个东西,也可以被电击下变得更好或者更糟。

  这个发现自诞生起就收获了广泛关注。被称为现实世界神盾局的美国防高级研究计划局(DARPA),就长期资助了一项“恢复主动记忆”的科研项目项目的一部分。这个项目希望通过在人脑中植入电极并进行异常放电,帮助人类恢复起已经遗忘的记忆。



  显然,如果一个人拥有无限的记忆,那么对于情报、军事等领域的影响是难以预料的。但是通过脑中电极来彻底解锁记忆殿堂的密码,今天还是为时尚早的一件事。

  而这个角度真正值得期待的进展还是在医学上。比如说宾夕法尼亚大学的一项研究表明,科研大脑中植入电极并发射特定脉冲的方式,来激发受试者的记忆。

  于是老年痴呆、脑损伤等疾病带来的失忆症,也被纳入了大脑电极的研究范畴。

  禁忌魔盒

  当然,关于大脑电极,这几年并不总是出现好消息。

  比如另一项研究证明,大脑电极还可能有一个能力,就是通过脑中放电来让生物体获得快感。

  2005年,美国神经学家海伦·梅伯格团队发布了这样一个研究:通过大脑植入电极,在特定脑垂体处放电,将可以有效治愈严重抑郁症。对于药物和心理治疗完全没有反应的患者,却通过大脑放电的方式重新找回了“快乐”。



  这个发现虽然也是医学上的进展,但却随之带来了相当强烈的争议:假如快乐可以有一个开关来控制,按下电钮人脑就能在放电中收获快感,那么这一切跟毒品有什么区别?

  进行脑中电极快感实验的小白鼠,就被证明回不停地按动开关来收获快感,直到昏迷过去。假如这种能力在人类当中普及,那后果可能不堪设想。

  想象一下,人类可以在脑中安放一个电极装置。按下开关各种幸福感、快乐感、性刺激接踵而至,那么谁还希望努力工作收获现实的幸福呢?谁又能阻止这些人从虚假的放电快感中停下?

  大脑电极在治病救人的同时,同样也打开了一些禁忌。但有一点似乎可以肯定:通过脑中放电能够带给一个人的改变,可能远比我们想象中更多。

  颅内电极技术存在的问题

  听上去挺玄乎的脑中电极技术,好像已经可以解决不少问题。

  但为什么我们在生活中还是很难看到大脑电极对瘫痪、帕金森患者的治疗呢?

  首先,大脑电极还处在非常原始的探索阶段,人类医学还不能特定观察出到底在什么区域、如何放电可以激发患者的特定能力。让瘫痪患者通过脑电波交流,更仅仅是一个假设。所以截至目前,颅内电极都只能是在机器严重的癫痫、瘫痪、脑损伤案例中,在实在没有其他办法的前提下才能使用。




  人类对脑中放电的认识,还留有大片大片的空白。

  而电极技术本身也有两个问题。首先是材料问题,很多灵敏度高的电极材料,尤其是金属材料,很容易在脑中引发排异反应和颅内出血,以及难以预料的脑损伤。然而亲神经性的材料,比如微电极束,又有着信号分辨率太差的问题。无法高精度接受信号,让脑中电极的精准工作很难进行。

  鱼和熊掌不可兼得,以及高危风险、伦理难题,让脑中电极技术还停留在万不得已才会使用的阶段。

  当然,改变也在酝酿当中。

  已经显现的改进方案

  目前,对于脑中电极手术的改进主要集中在两方面:

  首先是对电极材料进行优化。凯尔·肯尼迪发明的亲神经材料,本质上是给金属电极进行外包层,在金属的导电性和人体排异中取得折中方案。

  而在很多新的医疗材料研究中,导电性高同时不产生排异的方案已经出炉。比如伊利诺伊大学的研究团队,就研制了一种柔性技术材料,它能够最大限度贴合脑组织,同时保留了金属电极的导电精度。

  另一种思路认为,相对大脑深处进行放电,也不一定非要进行开颅手术和人脑植入。2017年6月,麻省理工在权威科学期刊《细胞》上发布了最新的研究成果。研究者通过仅仅贴在头皮上的外部电极,对小白鼠进行了脑内深度放电。甚至可以操纵小白鼠的耳朵、爪子、胡须按照指令活动。

  这项研究受到了广泛的重视,如果能不开颅进行深度放电刺激,那么很多脑内电极的负面风险将迎刃而解。当然,到目前为止这还仅仅是个实验室研究。




  回看一下, 在30多年的历程里,脑内植入电极逐渐成一种现象的偶然发现,变成了众多重症患者家属的救命稻草,甚至成为了探索人类大脑、记忆、快感的途径,变成了一扇未来之门。

  科学研究总是如此,危险与收获结伴而来。或许不要惧怕推开任何潘多拉之门才是最好的解决方案。因为关在门里的秘密,才真正危险。

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