这一切始于十多年前，当时工程师和业余爱好者开始对一种据称可以增强大脑功能的临时拼凑的电子技术着迷。这场运动仍在发展，大脑刺激器不再只是年轻的 гараж 修补匠——现在他们包括花费数百美元购买高级可穿戴系统的资深专业人士。随着科学家、临床医生和行业领导者研究这些引人入胜但备受争议的思维改变实践，一件事是明确的：在家中舒适地对头皮施加电流以促进学习或治疗疾病的想法正在获得关注。但这真的有效吗？
这种尝试进行大脑黑客攻击的形式——称为经颅直流电刺激 (tDCS)——并不像听起来那么牵强。大脑依靠电力运作。脑细胞积聚电荷，推动化学信号穿过突触，即神经元之间微小的间隙。当我们学习新事物时，相关的突触会变得更容易放电，而 tDCS 据说可以增强这个过程。tDCS 使用的微小电流——通常为一到两毫安——实际上无法触发穿过突触的化学脉冲，但一些研究人员认为 tDCS 可以加强突触连接，从而提高学习效率。小型实验室研究表明，它可以提高警觉性和反应时间。纽约城市学院生物医学工程教授马罗姆·比克森认为，通过将 tDCS 与传统训练相结合，“您可以获得更多回报”。
非侵入性脑刺激运动的兴起源于 2000 年德国神经生理学家迈克尔·尼切和沃尔特·保卢斯发表的一篇论文。在一项针对健康二十多岁年轻人的小型研究中，科学家们表明，他们可以通过向大脑运动皮层发送微弱电流来使神经元更兴奋或更不兴奋。刺激效果在刺激后持续了几分钟。此前，tDCS 仅在动物身上进行过研究。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
2003 年的一项后续研究表明，这种刺激可以提高心理学家称之为运动序列学习的认知能力——即训练大脑以精确的顺序步骤与世界互动的过程，例如倾听或执行动作。哈佛医学院和美国国立卫生研究院的几个实验室注意到了这些发现，并进行了研究，表明 tDCS 在中风康复和慢性疼痛方面具有前景。
正是在 2006 年，布雷特·温盖尔开始关注这个领域。温盖尔接受过医疗设备方面的培训，曾担任 NeuroPace 的首席生物医学工程师，这是一家硅谷公司，生产旨在帮助控制癫痫的大脑植入物。他还致力于治疗丛集性头痛和帕金森病患者的运动症状的大脑刺激器。“他们可能会丧失能力，但你打开刺激器，一切都消失了。这太神奇了，”温盖尔说。但他指出，这些设备“仅与患有相对严重疾病的患者相关。它们是外科植入物。”
温盖尔梦想使用神经技术来帮助更多患者——甚至可能是健康人。他很高兴看到新的 tDCS 研究，但许多研究“是用黄色海绵、卷尺和头带完成的，”他说。现在似乎是时候考虑将产品设计原则引入他所谓的“人们可以从盒子里取出并使用的合法消费品”了。
随着科学家们详细阐述 tDCS 工作原理的可能机制，更多计划开始成形。在 2009 年发表的一系列电生理学实验中，比克森和他的同事证明，温和的电场可以同步神经网络中的活动。这些见解启发了温盖尔和其他研究人员致力于将 tDCS 定位到特定的大脑区域。
自 2000 年尼切和保卢斯的研究以来，研究人员已经发表了 4,000 多篇关于 tDCS 的科学论文——其中三分之一是在过去两年发表的。在医疗领域，一些研究表明，脑刺激可能有助于治疗神经性疼痛、抑郁症、精神分裂症和一系列其他精神疾病患者。目前，tDCS 在美国仍处于医疗用途的试验阶段，尽管在欧洲，此类设备已获准用于治疗疼痛和抑郁症。clinicaltrials.gov 数据库中列出了 800 多项 tDCS 研究，该数据库跟踪正在进行的药物疗法或医疗设备试验。在一项小型研究中，tDCS 似乎增强了正念冥想中的情绪效应，一项正在进行的临床试验正在评估 tDCS 是否可以帮助减缓老年人与计算机化训练方案相结合时的认知能力下降。
此外，越来越多的研究正在健康人身上测试 tDCS，表明它可以提高工作记忆、注意力和决策能力，以及激发创造力。美国国防部资助的一项 2012 年的研究表明，tDCS 可能会提高警觉性，使参与者在模糊图像中发现炸弹、狙击手和其他威胁的速度提高一倍。此后，另外四个实验室表明，这项技术可以增强学习能力——“这是少数几个在不同机构之间得到重复验证的 tDCS 效果之一，”认知神经科学家兼 2012 年论文的第一作者文森特·克拉克说。克拉克是新墨西哥大学心理临床神经科学中心主任。
关于 tDCS 的大量学术文献引发了相应的媒体文章浪潮，声称对大脑的刺激可以提高记忆力、提高数学技能并“激发你的天才”。《医学伦理杂志》上的一篇文章称 tDCS 为“人类神经科学的瑞士军刀”。随着 tDCS 潜力的消息传到公众，家庭用户已经在网络空间中聚集。2011 年，tDCS 用户创建了一个 Reddit 论坛，并在次年启动了一个博客。成千上万的家庭用户访问这些网站，讨论科学论文、发布操作视频，并提出诸如电极放置位置和刺激时长等问题。Reddit 论坛的订阅者在过去五年中从 2,500 人增加到约 11,000 人。
2013 年，首款消费级 tDCS 可穿戴设备——游戏玩家耳机——出现在市场上。从那时起，十几家公司开始销售 tDCS 产品。一些公司提供 40 美元的套件，其中包含客户在家组装的电线、电极和头带。另一方面，温盖尔于 2013 年共同创立的旧金山公司 Halo Neuroscience 销售 500 美元的头戴设备，目标客户是精英运动员。该设备刺激运动皮层，并承诺在与锻炼相结合时“增强力量、爆发力、耐力和技能”。Caputron 公司成立于 2014 年，也销售一系列医疗级消费级脑刺激设备。该公司在 2015 年分销了超过 10,000 件 tDCS 产品，在 2016 年分销了超过 20,000 件。
大多数消费级 tDCS 设备并非以临床为目的销售，而是用于休闲和认知增强。所有消费级套件均未经过药物或医疗设备获得美国食品和药物管理局批准所必须经过的严格测试流程，购买者只能相信制造商声称其产品可用于预期用途。而预期用途可能含糊不清。例如，当公司声称其 tDCS 设备“提高注意力”或“增强大脑功能”时，很难确定此类仪器是否属于 FDA 的管辖范围，宾夕法尼亚大学的博士后学生安娜·韦克斯勒说，她研究神经技术的伦理、法律和社会影响。该机构将医疗设备定义为“旨在影响身体结构或任何功能的仪器”，她说。“制造商营销产品的方式决定了监管途径，”韦克斯勒补充道，他曾在 2015 年的《医学伦理杂志》论文中探讨过其中一些问题。增强声明引起了科学家的怀疑，促使人们进行了更多受控的实验室研究。在 2016 年 3 月发表的一项实验中，荷兰的一个研究团队报告称，商用 tDCS 耳机实际上使参与者在一项成熟的工作记忆测试中变得不太准确。
尽管功效声明存在不确定性，但人们对 tDCS 作为优化心理功能的工具的兴趣仍然存在。这些设备体积小，而且似乎相对安全。比克森和他的同事在 2016 年秋季调查了关于 tDCS 人体试验的文献，报告称，在超过 33,200 次疗程以及 1,000 名重复疗程的受试者中，传统使用没有造成严重的 adverse effects。
评估该技术效果如何的一个主要问题是，绝大多数研究使用脑刺激的目的与家庭 tDCS 用户不同。将家庭使用与尼切及其同事撰写的 2000 年开创性论文进行对比，该论文测试了非侵入性脑刺激是否可以帮助中风患者恢复运动能力。“我们只想知道我们是否可以改变运动表现，”尼切说。“我们的问题不是，‘刺激方案是否能诱导最大程度的性能？’” 另一方面，家庭 tDCS 用户对进行新的科学发现并不特别感兴趣，韦克斯勒说。“他们对自我提升感兴趣。”
这种对增强的追求可能会导致不良后果。2016 年，研究 tDCS 的临床医生和科学家在《神经病学年鉴》上发表了一篇社论，警告可能产生不良影响。例如，刺激一个大脑区域可能有助于某人学习新材料——但会损害处理已学材料的能力。大脑活动的变化可能比用户预期的持续时间更长，或者可能超出电极下方的区域。此外，tDCS 的效果因人而异，并且会随着过程中的微小变化而变化。在放置电极时，“即使只有几厘米的差异也足以改变效果，”克拉克说。“刺激时长、电流强度——是两毫安还是一毫安，还是介于两者之间的某个值——所有这些都很重要。” 遗传、年龄和颅骨厚度似乎也会影响反应。医疗用途的技术规范尚未明确界定，更不用说认知增强的参数了。
在比克森帮助组织的 2017 年夏季纽约市会议上，tDCS 研究人员和供应商会面，讨论该技术的潜力，以及围绕该技术和其他形式的神经调节的担忧。2018 年，该小组发布了一份报告，以帮助消费者就购买和使用这些设备做出明智的决定。“现在消费者有点困惑。他们看到一个 20 美元的设备，也看到一个 700 美元的设备，”比克森说。“他们可能没有足够的信息来理解为什么 700 美元的设备对他们来说价值更高。”
看起来 tDCS 仅仅是个开始。除了对头皮施加直流电外，大脑黑客研究人员和 DIY 爱好者还在尝试其他方法，包括交流电和随机噪声刺激。这些方法有一天可能会补充更成熟的非侵入性医疗技术，例如磁刺激和超声波，以影响大脑功能和行为。经颅直流电刺激，克拉克说，“只是冰山一角。”