大腦植入電極醫(yī)學(xué)解析

大腦和電，這兩個詞結(jié)合到一起總會給人不好的聯(lián)想，比如“楊教授”之類的。

然而如果我們平心靜氣地觀察一下醫(yī)學(xué)史，會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)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(jì)80年代末開始，生物科學(xué)發(fā)現(xiàn)用電流刺激腦組織，可以對人類的各種心理、生理技能產(chǎn)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(fā)生某種改變。

這種現(xiàn)象到底是什么原理，至今也沒有完美的答案。而與粗暴的“戒網(wǎng)癮電擊”相比。動物實驗表明，通過開顱手術(shù)在腦中植入電極，在大腦特殊部位激發(fā)1~5V的電流，將有可能在無明顯副作用的前提下完成手術(shù)般的“精準(zhǔn)電擊”。

之后，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(fā)揮難以替代的作用——與此同時，這項技術(shù)也伴隨著眾多爭議、瘋狂與奇妙發(fā)現(xiàn)。

讓我們先從這個領(lǐng)域最著名的“半機器人之父”說起。

醫(yī)學(xué)之路

在大腦中植入電極放電，可以影響生物體的神經(jīng)中樞，這事早在上世紀(jì)八十年代就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了。比如通過電極來影響獼猴的運動神經(jīng)。

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

直到上世紀(jì)九十年代，著名神經(jīng)學(xué)家凱爾·肯尼迪發(fā)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(jīng)電極”。這個發(fā)明讓大腦植入電極開始從只能做動物實驗，開始向醫(yī)學(xué)臨床邁出了極為關(guān)鍵的一步。而凱爾·肯尼迪也成為了這個領(lǐng)域最著名的科學(xué)家之一。

2017年，《連線》雜志專題報道了凱爾·肯尼迪的故事。這位科學(xué)家的一生，都與腦中植入電極這件事息息相關(guān)，甚至可謂榮辱與共。

1998年，獲得FDA許可之后，凱爾為一位中風(fēng)導(dǎo)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(shù)。通過讀取病患腦中電極發(fā)射出的信號，這名癱瘓患者成功在電腦上完成了打字。

這個嘗試可謂跨時代的。這意味著癱瘓、漸凍癥等只有意識清醒，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(yán)重的排異反應(yīng)以及顱內(nèi)手術(shù)難以愈合，讓腦中電極在長達十幾年的時間中持續(xù)走入了低迷。FDA取消了類似手術(shù)的許可，凱爾的學(xué)術(shù)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(jīng)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(dāng)“實驗品”，為自己進行了大腦電極植入手術(shù)。

手術(shù)引發(fā)了相當(dāng)嚴(yán)重的并發(fā)癥，凱爾有兩個月時間無法說話，并且疼痛難忍。然而實驗積累的數(shù)據(jù)，卻讓神經(jīng)學(xué)界再次看到了讓全身癱瘓患者開口說話的可能。

這個故事在媒體報道后廣為流傳，凱爾也被稱為21世紀(jì)瘋狂科學(xué)家的代表。在這些用生命探索大腦真相的步伐之后，腦中電極在今天臨床醫(yī)學(xué)當(dāng)中逐漸成熟。

例如在癲癇病領(lǐng)域，在大腦中植入電極可以偵測電線發(fā)作信號，進而發(fā)送脈沖阻斷這種信號，這種操作已經(jīng)有了臨床應(yīng)用可能。再比如脊髓炎和脊髓損傷的康復(fù)中，腦中電極可以放射增強信號，幫助患者更好完成持握、提拉等動作。

在帕金森癥方面，腦中植入電極也開始作為一種新的應(yīng)對方案，雖然還僅僅處在非常謹慎的早期探索周期。

在我國，通過開顱手術(shù)進行腦內(nèi)放電刺激，也開始作為特定帕金森、神經(jīng)性厭食癥的治療方案之一。甚至已經(jīng)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(shù)已經(jīng)開始由一種醫(yī)學(xué)手段逐漸進化，向人類大腦深處的某些秘密進發(fā)。

記憶宮殿

神經(jīng)科學(xué)，尤其是對大腦的研究，經(jīng)常在不經(jīng)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(fā)現(xiàn)。這個案例中，一個肥胖癥患者嘗試腦中植入電極來干擾肥胖癥。結(jié)果科學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)，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，也是可以通過在腦皮層中特定領(lǐng)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(fā)現(xiàn)自誕生起就收獲了廣泛關(guān)注。被稱為現(xiàn)實世界神盾局的美國防高級研究計劃局（DARPA），就長期資助了一項“恢復(fù)主動記憶”的科研項目項目的一部分。這個項目希望通過在人腦中植入電極并進行異常放電，幫助人類恢復(fù)起已經(jīng)遺忘的記憶。

顯然，如果一個人擁有無限的記憶，那么對于情報、軍事等領(lǐng)域的影響是難以預(yù)料的。但是通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(yī)學(xué)上。比如說賓夕法尼亞大學(xué)的一項研究表明，科研大腦中植入電極并發(fā)射特定脈沖的方式，來激發(fā)受試者的記憶。

于是老年癡呆、腦損傷等疾病帶來的失憶癥，也被納入了大腦電極的研究范疇。

禁忌魔盒

當(dāng)然，關(guān)于大腦電極，這幾年并不總是出現(xiàn)好消息。

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

2005年，美國神經(jīng)學(xué)家海倫·梅伯格團隊發(fā)布了這樣一個研究：通過大腦植入電極，在特定腦垂體處放電，將可以有效治愈嚴(yán)重抑郁癥。對于藥物和心理治療完全沒有反應(yīng)的患者，卻通過大腦放電的方式重新找回了“快樂”。

這個發(fā)現(xiàn)雖然也是醫(yī)學(xué)上的進展，但卻隨之帶來了相當(dāng)強烈的爭議：假如快樂可以有一個開關(guān)來控制，按下電鈕人腦就能在放電中收獲快感，那么這一切跟毒品有什么區(qū)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(guān)來收獲快感，直到昏迷過去。假如這種能力在人類當(dāng)中普及，那后果可能不堪設(shè)想。

想象一下，人類可以在腦中安放一個電極裝置。按下開關(guān)各種幸福感、快樂感、性刺激接踵而至，那么誰還希望努力工作收獲現(xiàn)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：通過腦中放電能夠帶給一個人的改變，可能遠比我們想象中更多。

顱內(nèi)電極技術(shù)存在的問題

聽上去挺玄乎的腦中電極技術(shù)，好像已經(jīng)可以解決不少問題。

但為什么我們在生活中還是很難看到大腦電極對癱瘓、帕金森患者的治療呢？

首先，大腦電極還處在非常原始的探索階段，人類醫(yī)學(xué)還不能特定觀察出到底在什么區(qū)域、如何放電可以激發(fā)患者的特定能力。讓癱瘓患者通過腦電波交流，更僅僅是一個假設(shè)。所以截至目前，顱內(nèi)電極都只能是在機器嚴(yán)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。

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(shù)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(fā)排異反應(yīng)和顱內(nèi)出血，以及難以預(yù)料的腦損傷。然而親神經(jīng)性的材料，比如微電極束，又有著信號分辨率太差的問題。無法高精度接受信號，讓腦中電極的精準(zhǔn)工作很難進行。

魚和熊掌不可兼得，高危風(fēng)險、倫理難題，讓腦中電極技術(shù)還停留在萬不得已才會使用的階段。

當(dāng)然，改變也在醞釀當(dāng)中。

已經(jīng)顯現(xiàn)的改進方案

目前，對于腦中電極手術(shù)的改進主要集中在兩方面：

首先是對電極材料進行優(yōu)化。凱爾·肯尼迪發(fā)明的親神經(jīng)材料，本質(zhì)上是給金屬電極進行外包層，在金屬的導(dǎo)電性和人體排異中取得折中方案。

而在很多新的醫(yī)療材料研究中，導(dǎo)電性高同時不產(chǎn)生排異的方案已經(jīng)出爐。比如伊利諾伊大學(xué)的研究團隊，就研制了一種柔性技術(shù)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(dǎo)電精度。

另一種思路認為，相對大腦深處進行放電，也不一定非要進行開顱手術(shù)和人腦植入。2017年6月，麻省理工在權(quán)威科學(xué)期刊《細胞》上發(fā)布了最新的研究成果。研究者通過僅僅貼在頭皮上的外部電極，對小白鼠進行了腦內(nèi)深度放電。甚至可以操縱小白鼠的耳朵、爪子、胡須按照指令活動。

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，那么很多腦內(nèi)電極的負面風(fēng)險將迎刃而解。當(dāng)然，到目前為止這還僅僅是個實驗室研究。

回看一下， 在30多年的歷程里，腦內(nèi)植入電極逐漸成一種現(xiàn)象的偶然發(fā)現(xiàn)，變成了眾多重癥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。

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