无创脑刺激正值鼎盛时期，科学家和业余爱好者都在寻找无需切开大脑和植入电极即可改变神经元活动的方法。一种流行的技术组合，称为经颅电刺激 (TES)，通过粘贴在头皮上的电极输送电流，通常在目标大脑区域上方。近年来，许多研究将广泛的益处归因于 TES，包括增强记忆力、提高数学技能、缓解抑郁症，甚至加速中风后的康复。这些结果还催生了一个家庭手工业，为寻求提升脑力的 DIY 大脑黑客提供商业 TES 套件。
但人们对 TES 实际上如何与大脑相互作用知之甚少，一些研究对这些技术的有效性提出了严重的质疑。2 月 2 日发表在《自然通讯》上的一项研究提高了赌注，报告称传统的 TES 技术无法输送足够的电流来激活大脑回路或调节大脑节律。电流在穿过头皮和颅骨时大多会逐渐消失。“任何在该领域发表过积极效果的人可能都不会喜欢我们的论文，”纽约大学医学院的神经科学家、该研究的资深作者格奥尔基·布扎基说。
TES 背后的机制仍然神秘，部分原因是如果不穿透颅骨，研究人员就无法在施加刺激时测量神经反应。传统的 TES 方法会产生电噪声，淹没在头皮上检测到的任何大脑活动。
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为了解决这个问题，布扎基的团队首先将电极植入大鼠的大脑内部，并在外部施加 TES 时测量神经活动。通过改变刺激参数，他们找到了触发神经元放电或改变大脑节律所需的最小电场强度。
接下来，研究人员想弄清楚需要对人类头皮施加多少电流才能在大脑内部产生这些电场。但是这些侵入性实验无法在人体上进行，因此布扎基的团队选择了次好的方法：人类遗体。通过将记录电极植入遗体的大脑内部并在外部施加 TES，研究人员发现他们需要用大约 4 到 6 毫安的电流冲击头皮——远高于典型的电流水平。
通常，TES 从业者会避免使用高于 2 毫安的电流，因为这些电流会引起副作用，例如刺痛、头晕、难闻的味道以及幻觉视觉和声音——这是电流进入眼睛、耳朵和面部神经等软组织的结果，这些软组织的电阻小于颅骨。事实上，在老鼠和人类遗体中，布扎基的团队都发现，施加到头皮上的电流中约有 75% 从未到达大脑，而是被颅骨、头皮和其他外部组织吸收。
这些发现与包括澳大利亚墨尔本大学神经科学家贾里德·霍瓦特在内的这些技术的怀疑论者产生了共鸣。在 2015 年的荟萃分析中，霍瓦特收集了大约 400 篇应用 tDCS（一种使用直流电的 TES 版本）并据报道影响了认知或行为某些方面的出版物。当他对研究进行汇总时，他的团队发现，尽管个别论文报告了某些益处（例如缩短反应时间或提高任务准确性），但在各项研究中都无法确定可靠的效果。“现在，我们终于有了确凿的数据表明许多人一直怀疑的事情：tDCS 根本没有进入大脑，”霍瓦特说。
为了输送完成工作所需的更高电流，这项新研究的资深作者、匈牙利塞格德大学的神经科学家安塔尔·贝雷尼开发了一种新的 TES 系统。该设计没有仅使用一对刺激电极，而是将工作分配给六对电极，每对电极以快速脉冲的形式输送所需电流的一小部分，这些脉冲在其目标神经元内部重叠并累加。在健康志愿者身上进行的测试表明，这种设置减少了与输送更高电流相关的副作用。布扎基希望通过更多的改进，甚至更多的电极，他们最终可以消除不适感。
一些研究人员不准备放弃传统的 TES。布扎基的团队发现，传统的方案缺乏直接影响大脑回路的足够电流，但他们的研究重点是刺激脉冲后立即发生的事情。“大多数 TES 方法应用刺激数十分钟，”纽约城市学院的生物医学工程师马罗姆·比克森指出，他没有参与这项研究。比克森认为，当前的 TES 实践可能仍然会对神经元产生微妙的影响，这些影响会随着时间的推移而累积，从而调节大脑功能。
布扎基承认，传统的 TES 可能通过多种途径间接或在更长的时间尺度上改变神经活动。一个明显的候选者是安慰剂效应——人们之所以改善是因为他们相信治疗有效。但也可能有其他解释：刺激头皮上的神经可能会将信号发送回大脑或影响血液循环。或者，神经元以外的其他类型的细胞可能会接收电场并逐渐改变大脑功能。然而，布扎基指出，缺乏确凿的证据来证明大多数这些理论。“我认为现在的游戏是将球扔回给那些声称有积极效果的人，并让他们在必要时解释它是如何发生的，”他说。