起初，对于一个八岁的孩子来说，这个电脑游戏看起来非常简单——就像 20 世纪 80 年代街机游戏的石器时代产物。一个红色三角形“箭头”出现在显示器的蓝色屏幕上，然后一架卡通飞机的机头从左侧滑入视野。如果箭头指向上方，本必须让飞机爬升。当他成功时，会出现一个带刺的黄色太阳。
再看一眼就会发现事情并非如此简单。首先，本没有操纵杆。相反，几个粘在男孩脸上和头发下皮肤上的电极让他仅凭意念就能驾驶飞机。
本正在参与一项实验。重点是利用神经反馈——一种基于脑电图 (EEG) 的训练工具，脑电图是测量伴随任何大脑活动的电位变化的。电极传导大脑信号，然后由计算机程序处理并输入到游戏中。因此，飞机的运动向本揭示了他脑海中刚刚发生的事情。“通过反馈，孩子们应该学会刻意控制他们大脑活动的某些参数，”德国蒂宾根大学精神病学和心理治疗大学医院的心理学家乌尔里克·莱因斯解释说。
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这种“读心术”提供了许多可能的应用。例如，它使“闭锁综合征”患者——他们无法说话或做手势——能够与护理人员沟通。通过控制他们的大脑电波，患者可以在计算机屏幕上操作字母和单词。神经反馈的练习也可能使那些患有癫痫、注意力缺陷、抑郁症和其他使人衰弱的精神障碍的人受益。这种实验性疗法，也称为脑电生物反馈，甚至可能帮助激发健康大脑的活力，提高认知能力。
从生物反馈到神经反馈
这项技术是生物反馈技术的高科技变革——生物反馈是一种长期用于治疗与压力相关的疾病的方法。在生物反馈中，人们看到或听到生理测量结果，这些结果可以指示压力，例如血压升高、心率加快或肌肉紧张。从监测设备接收此类信息使得通常无法检测到的身体功能可以进行有意识的调节。例如，一个人可以从听到自己急促的脉搏中意识到自己处于紧张状态，然后学会自觉地降低心率。
关于大脑电波可以被有意改变的最初线索出现在近四十年前。在 20 世纪 60 年代后期，睡眠研究员 M·巴里·斯特曼在追踪猫的脑电图时学到了一些有趣的东西。他发现了一种先前未知的脑电波模式，其频率在 12 到 15 赫兹 (Hz)，或每秒周期数，位于大脑的一部分，称为感觉运动皮层。斯特曼现在是加州大学洛杉矶分校的荣誉退休教授，他将这种模式称为感觉运动节律，或 SMR。他了解到，SMR 总是存在于放松和清醒的猫科动物中。当他在这些时刻用零食奖励动物时，它们开始产生更强的 SMR。通过这个条件反射实验，斯特曼证明了有可能有意地改变自己的脑电波。
研究人员可能并没有继续跟进这一发现。但大约在同一时间，他收到了美国空军的请求，他们希望他测试暴露于一甲基肼（一种用于某些火箭燃料中并已知会引起癫痫发作的物质）的潜在认知影响。斯特曼将化学物质注射到猫体内。大约一小时后，它们中的大多数都发生了癫痫发作。然而，在少数受试者中，癫痫发作的开始时间明显晚于通常情况；另有三只完全逃脱了抽搐。为了寻找抵抗力的答案，斯特曼检查了他的实验方案。他观察到，有弹性的猫有一个共同点：它们之前曾参与过他的条件反射测试。它们控制 SMR 波的能力可能是其中一个因素吗？
斯特曼在进一步的实验中追查了这个问题。在 20 世纪 70 年代早期，他发现有迹象表明，癫痫患者如果学会提高他们的 SMR 水平，也可以降低癫痫发作的风险。然而，由于缺乏彻底的研究，这个想法仍然存在争议。
大脑控制
在斯特曼最初对 SMR 进行研究 30 多年后，科学家们正在探索如何使用神经反馈来治疗各种疾病。除了 SMR 之外，其他不同频率的大脑电波也表征了某些精神状态 [参见第 81 页的插图]。例如，在深度睡眠中，频率高达 4 Hz 且幅度较高的德尔塔波占主导地位。大约 10 Hz 的频率，称为阿尔法波，存在于放松但清醒的大脑中；例如，当我们闭上眼睛躺下时，它们就会出现。如果我们然后开始专注于某事，频率大于 13 Hz 的贝塔波就会穿过皮层。当大脑放松时，会出现较低频率的西塔波。西塔波具有高振幅，频率介于德尔塔波和阿尔法波之间，通常出现在成年人的浅睡眠和冥想期间。
无论频率如何，都没有学习如何利用自己的脑电波的万能公式。“每个受试者都必须通过反复试验来发现自己的个人策略，”莱因斯解释说。为了增加大脑活动，从而使视频飞机向上飞行，蒂宾根实验中的许多孩子说他们会想到一些令人兴奋的事情——比如从跳板上跳下来。本想象他正在树林里露营过夜。如果方向箭头指向下方，男孩会尝试平静他的大脑以使飞机俯冲；在他的思想中，他躺在床上小睡。
在蒂宾根，研究癫痫疗法的研究人员正在研究脑电图的另一个组成部分，称为慢皮质电位，或 SCP。这些脑电波可以指示皮层中的活动。检测它们很有用，因为癫痫发作始于皮质神经元的过度兴奋，通常在非常有限的区域，大脑活动会从该区域不受控制地扩散。患者的 SCP 在癫痫发作前会向电负方向移动。这种负慢电位通常也会在大脑中出现。因此，神经反馈的目标是让患者认识到这种电负性的开始，然后将他们的 SCP 推向正方向。患者学会自觉地限制大脑活动，从而抑制癫痫发作。
该方法似乎很有希望。在 2001 年的一项研究中，尼尔斯·比尔鲍默及其在蒂宾根的同事与传统医疗疗法无法帮助的癫痫患者合作。平均而言，使用 SCP 神经反馈的患者能够将癫痫发作次数减少三分之一。积极效果在训练结束后持续了很长时间。
精神有氧运动
贝塔波是治疗儿童注意力缺陷多动障碍或 ADHD 的目标。“正是这些较高频率的脑电波，在 ADHD 儿童中，与健康儿童相比，较弱，”莱因斯说。据应用心理生理学和生物反馈协会称，在美国，有 700 多个团体正在使用脑电生物反馈来治疗 ADHD。
患有 ADHD 的儿童在学业和社交技能方面挣扎，因为他们躁动不安、冲动且难以集中注意力。在负责注意力控制的前额叶皮层中，较高频率脑电波的水平降低尤其明显。这些孩子较低频率的脑电波也会增加，尤其是 4 到 7.5 Hz 的西塔波。莱因斯说，通过神经反馈，“我们的 ADHD 受试者训练他们的大脑产生更少的西塔波，从而产生更多的贝塔波。”
今天，本完成了 45 次“命中”——即他随意成功地提升或降低大脑活动的次数。他获得了五分的礼品卡，然后他就可以离开了。然而，他的精神训练今天还没有结束。本被告知也要在日常生活中练习大脑控制。例如，在开始做作业之前，他要先想象投进几个球。以这种方式激发大脑似乎有助于像本这样的孩子集中注意力。“许多孩子说他们之后可以更好地集中注意力并更快地完成作业，”莱因斯说。
本和蒂宾根实验中的其他孩子接受了几个月共 30 小时的训练。研究人员在使用标准化测试（专门用于监测注意力）的治疗前后立即测量了他们的认知能力。在治疗六个月后，他们再次接受检查。在神经反馈疗程后，受试者在注意力和智力评估中表现更好。老师报告说，他们在课堂上更安静，更少冲动。许多家长也表示，他们的孩子在做作业方面的问题更少。莱因斯认为这些结果是积极的，但并非决定性的。“我们仍然缺乏对许多儿童的对照研究，这将把这项技术与其他治疗方法进行比较，”研究人员说。
平衡行为
许多精神疾病都伴随着不寻常的脑电波模式，这一事实为神经反馈提供了另一种可能的治疗应用。这些变化是这些疾病的原因还是结果并不总是清楚的。至少，这种不常见模式的存在可能会阻碍康复。例如，在 20 世纪 90 年代初期，威斯康星大学麦迪逊分校心理学和精神病学教授理查德·J·戴维森注意到抑郁症患者的脑电波模式中存在不寻常的不对称性。显然，左右半球前部之间阿尔法活动的分布可能与情绪有关。在抑郁症患者中，钟摆向右摆动；他们的左半球相对不活跃。
考虑到这一点，西北大学的心理学家 J·彼得·罗森菲尔德正在尝试通过神经反馈来缓解抑郁症。罗森菲尔德认为，如果患者能够纠正自己的脑电波模式，他们或许能够摆脱心中的阴霾。因此，他和伊利诺伊州埃文斯顿 NeuroQuest 神经反馈中心的心理学家埃尔莎·贝尔和鲁弗斯·贝尔在 20 世纪 90 年代中期开发了一个神经反馈训练计划。每当左额叶皮层的阿尔法波幅度高于右侧时，参与者就会听到单簧管演奏的悦耳音符。在持续 15 到 30 分钟的疗程中，受试者努力学习如何让耳朵中的声音保持越来越长的时间。
一个引人注目的案例涉及一位女性，她之前曾接受过复发性抑郁症治疗 12 年，但没有成功。在仅 35 小时的训练后，结合心理治疗，她的症状急剧减轻。在随后的六年跟踪期内，她一直没有抑郁症。尽管科学家们也可以指出 EEG 反馈在其他抑郁症患者中取得了成功，但埃尔莎·贝尔敦促谨慎。“这是一种实验性方案，”她指出。“在进行对照研究之前，我们不会知道这种疗法的效果如何。”
大脑提升？
除了疗法之外，神经反馈能否提高健康大脑的认知能力？美国国家航空航天局 (NASA) 多年来一直使用 EEG 生物反馈来提高飞行员的注意力。
为了了解更多信息，心理学家大卫·弗农（现任英国坎特伯雷基督教堂大学）邀请了 40 名志愿者来到他的实验室。他和其他人想 выяснить 刻意影响某些脑电波模式是否可以提高工作记忆——工作记忆暂时存储和管理执行复杂认知任务（如学习或推理）所需的信息。他首先向受试者展示了一系列单词。然后他给他们一个类别，例如“动物”，并要求他们回忆尽可能多的列表中符合该分组的单词。
在训练之前，参与者只能记住 71% 的单词。在八个疗程中，他们学会了加强他们的 SMR——斯特曼曾研究过的相同模式。训练结束后，弗农再次测试了他的受试者，这次他们可以记住几乎 82% 的单词。弗农的研究小组于 2003 年 1 月公布了结果。“这里我们首次证明了神经反馈与记忆力改善之间存在联系，”弗农声称。
当年晚些时候发表的一项研究支持了脑电波训练可以提高认知的观点。神经科学家托比亚斯·埃格纳（现任哥伦比亚大学）和约翰·H·格鲁泽利尔（现任伦敦大学金史密斯学院）在伦敦皇家音乐学院（伦敦著名的年轻音乐家精英学校）招募了测试对象。一些受试者通过计算机屏幕上的反馈，学习了如何控制阿尔法波和西塔波范围内的慢波。神经反馈后，据专家评估，音乐家的能力大大提高。改进之处涉及音乐理解、风格精确度和富有想象力的演绎等各个领域。更重要的是，学生们犯的错误明显减少。
如果进一步的实验证实了这些结果，神经反馈可能会提供一系列应用。例如，格鲁泽利尔正在考虑如何使用 SMR 强化来训练那些职业需要异常稳定双手的人，例如眼科外科医生。
（作者）
乌尔里希·克拉夫特，一位医生，《Gehirn & Geist》的定期撰稿人，是柏林的一位自由科学作家。
（延伸阅读）
不同神经反馈协议训练对认知能力方面的影响。D. Vernon 等人在国际心理生理学杂志，第 47 卷，第 1 期，第 75-85 页；2003 年 1 月。
低贝塔波段成分的 EEG 生物反馈：对注意力和事件相关脑电位的变量的频率特异性影响。T. Egner 和 J. Gruzelier 在临床神经生理学，第 115 卷，第 1 期，第 131-139 页；2004 年。