华盛顿特区——训练空军飞行员引导无人攻击机最困难的任务之一是如何在复杂的雷达图像中挑选出目标。飞行员培训目前是部署这些新型致命武器的最大瓶颈之一。
因此，空军研究人员最近欣喜地得知，他们可以通过在视频模拟器的训练过程中对飞行员的大脑施加轻微的电流（2毫安直流电，持续30分钟）来将训练时间缩短一半。电流通过放置在头皮上的脑电图（脑电图）电极输送。生物医学工程师安迪·麦金利和他在赖特-帕特森空军基地的空军研究实验室的同事于11月13日在神经科学学会年会上报告了他们关于这种所谓的经颅直流电刺激（TDCS）的研究结果。
麦金利说：“我不知道有什么可以与之相比的，”他将TDCS的认知提升与咖啡因或其他已被测试为增强学习的兴奋剂进行了对比。TDCS不仅加速了学习，飞行员的准确率在持续长达40分钟的试验中也得到了维持。通常，在20分钟后，识别威胁的准确率会稳步下降。除了加速飞行员训练外，TDCS还可能在军事领域及其他领域有许多医疗应用，例如加速脑损伤或疾病后的再训练和恢复。
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对于空军和其他对经颅刺激感兴趣的人来说，问题是这些发现是否会随着时间的推移而保持有效，或者会沦为伪科学的垃圾箱。
新墨西哥大学健康科学中心（位于阿尔伯克基）的神经生物学家雷克斯·荣格说：“现在关于这方面的通俗科学太多了，”他指的是耸人听闻的媒体报道，以及不同的大脑刺激研究中用于增强学习或提升情绪的广泛变化的协议和有时宽松的控制。
事实上，用于治疗效果的电刺激有着悠久而曲折的历史，可以追溯到19世纪，当时“电疗”在冒险的医生以及庸医中风靡一时。脉冲电流被用来治疗从失眠到子宫癌的各种疾病。安慰剂效应可能在这些历史结果中发挥了作用，尽管实验得到了仔细的控制，但怀疑论者不清楚它是否是空军关于经颅刺激和学习研究的一个因素。
受试者肯定会感觉到刺激，但并不令人不快。本科生劳伦·布拉德说：“感觉像轻微的刺痛或轻微的灼烧，”她是另一项关于TDCS和学习的研究的受试者之一，该研究也在会议上进行了报告，她的导师荣格和迈克尔·魏森德以及阿尔伯克基心智研究网络的同事也参与了研究。她说：“之后，我感觉更加警觉了。”但为什么呢？
布拉德和她的合著者试图确定他们是否可以在TDCS后测量大脑中的任何实际变化，这可以解释该治疗如何加速学习。研究人员在TDCS后寻找大脑的功能性变化（脑电波活动改变）和物理性变化（通过检查MRI脑扫描）。
他们使用脑磁图（MEG）记录感觉刺激（例如声音、触摸和光线）产生的磁场（脑电波），同时受试者接受TDCS。研究人员报告说，TDCS将对刺激手臂感觉神经产生的脑电波的幅度提高了六倍。当使用模拟TDCS时，没有观察到这种增强，模拟TDCS在头皮上产生了类似的刺激感，但在激发脑组织方面无效。这种效果在TDCS停止后仍然持续了很长时间。在TDCS停止50分钟后，感觉诱发电波仍然比正常水平高出2.5倍。这些结果表明，TDCS增加了大脑皮层的兴奋性，从而提高了唤醒水平，增加了对感觉输入的反应，并加速了皮层回路中的信息处理。
值得注意的是，MRI脑扫描显示，在TDCS后仅五天，大脑就出现了明显的结构变化。大脑皮层中的神经元通过埋藏在大脑表面下方的“白质束”中大量神经纤维（轴突）相互连接，形成回路。研究发现，TDCS后，这些纤维束更加健壮，组织化程度更高。在没有受到头皮电极刺激的大脑另一侧，没有观察到任何变化。
通过称为扩散张量成像（DTI）的MRI技术检测到的白质结构变化可能是由于大脑组织中许多微观的物理或细胞变化引起的，但在没有获得组织样本在显微镜下进行分析的情况下，不可能确定这些变化。
德国莱比锡马克斯·普朗克人类认知与脑科学研究所神经物理学系的脑成像专家罗伯特·特纳（他没有参与这项研究）推测，DTI检测到的变化可能代表纤维绝缘（髓磷脂）的增加，这将加速信息通过纤维的传输。他说：“以我目前的观点，对观察到的快速变化的主要假设……是白质内先前未髓鞘化的轴突纤维在开始携带频繁的动作电位时会迅速髓鞘化。”他警告说，还有其他几种可能的解释。
目前在德国图宾根大学医学、心理学和行为神经生物学研究所的马蒂亚斯·维特科夫斯基称这些实验中白质的快速变化“令人难以置信”。他说：“我不会首先想到[白质变化]。看看是否有细胞变化会非常有趣。”这是荣格及其同事计划的下一步研究。他们希望从在进行必要的大脑手术（在手术中将切除组织作为其治疗的必要部分）之前愿意参加TDCS研究的患者那里获得大脑组织。
维特科夫斯基通过这些新研究和他自己的研究确信，经颅刺激可以加速多种学习，他在会议上提出的关于脑机接口的研究表明了TDCS在加速患者受伤后康复方面的潜力。四肢瘫痪的人可以被教导控制一个机器人手套状设备，该设备会根据患者自己的想法移动手指。当患者想象移动他或她的手时，放置在人头皮上的电极会接收脑电波。脑电波由计算机进行分析，以控制机器人假手。但是，仅通过思考来学习生成控制假手的适当脑电波需要大量的训练。维特科夫斯基发现，如果患者在为期五天的训练中接受一次20分钟的TDCS刺激，他们就可以更快地学会通过想法来控制手。
本次会议上报告的新研究表明，TDCS产生的加速学习不仅仅可以用安慰剂效应来解释。现在的证据表明，TDCS会引起大脑结构的物理变化以及其反应的生理变化。TDCS增加了皮层兴奋性，这可以在脑电波记录中进行测量，并且还会引起大脑连接结构的改变，这些改变可以在MRI上观察到。通过使用电力来激活大脑皮层中的神经回路，研究人员希望他们已经找到了一种无害且无药物的方法来使学习速度提高一倍。