提升大脑性能

早餐时服用一颗药丸能提高注意力和记忆力吗?这样做会对您的健康造成长期损害吗?

符号 H+ 是某些未来学家用来表示人类增强版本的代码符号。人类的增强版本将部署一系列先进技术,包括干细胞、机器人技术、认知增强药物等,以克服基本的精神和身体限制。

通过吞服一颗药丸来增强精神功能,从而提高注意力、记忆力和计划能力——这些都是认知的基石——这种概念不再仅仅是未来学家们共同的幻想。20世纪90年代,被美国总统乔治·H·W·布什宣布为“大脑的十年”,之后可能是被称为“大脑更美好的世纪”。

对认知增强剂的痴迷在新闻报道中得到了体现,这些报道赞扬了各种被称为聪明药、神经增强剂、益智药甚至“大脑伟哥”的药物的到来。从这个角度来看,增强时代已经来临。大学生们经常从朋友的利他林处方中借几颗药丸来熬夜。赶进度的软件程序员或试图保持精神优势的高管们吞下莫达非尼,这是一种新一代的提神药物。爱好者们发誓,这些药物不仅仅能像焦糖玛奇朵那样让人保持清醒,而是能提供吸收有机化学细微之处或解释抵押债务凭证的深奥之处所需的激光般专注力。


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增强时代也可能因科学家和制药商努力将关于认知分子基础的研究转化为专门用于改善精神表现的药物而得到推进——主要针对患有痴呆症的人。但是,一种对阿尔茨海默病或帕金森病患者有效的药物,在老龄化且有轻度损伤的人群中,很可能被医生更广泛地开出。关于增强伦理的广泛公开辩论,进一步强化了这样一种感觉:能够改善认知的药物总有一天会为我们所有人所用。

学术和新闻文章已经提出,认知增强剂是否已经在大学生入学考试中给一些学生带来了不公平的优势,或者如果雇主要求员工为了达到公司的生产期限而摄入这些化学物质,是否会越过界限。

但即使在发表了关于“老板变成毒贩”的文章时,人们也开始怀疑增强脑力的药物的真实性。目前为注意力问题或嗜睡症开发的药物,真的能让学生在考试中表现更好,或者让高管在董事会的尖锐质询下完美表现吗?任何摆弄基本大脑功能的药物,是否会安全到可以与非处方止痛药和抗酸剂一起出售?这些问题现在正在神经科学家、医生和伦理学家之间引发激烈的讨论。

伦理失调
撇开关于安全性、公平性和胁迫性的争论不谈,对于认知增强剂的需求确实很高,这些增强剂通常被用于治疗多动症等疾病。根据2011年收集的政府数据,在过去12个月中,美国有超过270万人非医疗用途地使用了处方兴奋剂。此类合法药物包括哌甲酯(利他林)、安非他命阿得拉和莫达非尼(普罗维吉尔)。在一些大学校园里,四分之一的学生报告使用过这些药物。2008年《自然》杂志进行的一项非正式在线读者调查显示,在来自60个国家的1427名受访者中,有20%的人表示他们曾使用过哌甲酯、莫达非尼或β受体阻滞剂(后者用于怯场)。总的来说,最常被提及的原因是对提高注意力的需求。人们通常设法从互联网或医生那里获得这些药物,医生可以将批准用于一种用途的药物开处方用于治疗其他疾病(然而,制药商不能合法地宣传这种“标签外”用途)。

随着人口老龄化和经济日益全球化,这些化学物质的摄入量很可能会增加。“如果你是一个住在波士顿的65岁老人,你的退休储蓄大幅减少,你必须留在就业市场上,与孟买的23岁年轻人竞争,以保持警觉和有效,你可能会感到有压力转向这些化合物,”神经技术产业组织执行董事扎克·林奇断言。

当然,最近推动制定伦理准则的前提是,这些药物比安慰剂更好,并且确实能改善认知的某些方面,无论是注意力、记忆力还是“执行功能”(例如,计划和抽象推理)。鉴于这一假设,许多人认为,伦理学家有必要考虑这些药物普及的后果。这种逻辑在2002年催生了一个新的学科——神经伦理学,其部分目的是解决认知增强药物和设备(脑植入物等)引发的道德和社会问题。

一群伦理学家和神经科学家在2008年于《自然》杂志上发表了一篇评论,采取了极具挑衅性的立场,提出了从药物主要作为疾病治疗的概念转变的可能性。文章建议,如果精神兴奋剂被认为对健康人足够安全有效,可以广泛提供给心智健全的人,以提高他们在教室或会议室的表现。研究人员引用了证明这些药物对记忆力和各种形式的精神处理有益的研究,将药物增强与“教育、良好的健康习惯和信息技术——我们这个独特创新的物种试图改善自身的方式”等同起来。

六个月后,这篇文章的作者之一,英国曼彻斯特大学的生物伦理学家约翰·哈里斯在《英国医学杂志》的一篇评论文章中更进一步。哈里斯当时是《医学伦理学杂志》的编辑,也是2007年出版的《增强进化》一书的作者,他指出,如果哌甲酯被认为足够安全,可以用于儿童,那么对于有兴趣提升大脑性能的成年人来说,它也应该被认为是足够无害的。在后来的采访中,哈里斯说他预见到限制会逐渐放宽,如果不会出现安全问题,这种药物(在美国是一种管制物质)最终可能会像阿司匹林一样成为非处方药。

这些思考并非没有受到质疑。其他研究人员和伦理学家质疑,调节精神过程的药物是否会具备足以证明其可以像非处方止痛药、咖啡或茶一样销售的安全特性。

“人们说认知增强就像戴眼镜来改善视力,”加州大学尔湾分校的研究员詹姆斯·斯旺森说,他曾参与了阿得拉和莫达非尼治疗多动症的临床试验。“我不认为人们理解当大量人群使用这些药物时会发生的风险。一小部分人可能会上瘾,有些人实际上可能会看到精神表现下降。这就是我反对普遍使用它们的原因。” 与此类似,英国内政部多年来一直在考虑,非医疗用途的增强剂的潜在危害是否需要新的法规。

其他科学家断言,这场辩论可能毫无意义,因为除了为微积分考试进行枯燥的学习之外,通过任何其他方式提高智力都是不可能的。一些试图开发药物来逆转痴呆症记忆丧失的人怀疑,增强健康人的认知能力只是一种遥远的可能。“我不会太担心认知增强剂对健康人的影响,因为根本没有认知增强剂可担心,”鲁西科·布尔乔拉泽说,他是一本关于记忆科学的畅销书的作者,也是一位为埃里克·R·坎德尔在2000年获得诺贝尔奖的工作做出贡献的研究员。“谈论认知增强还为时过早,这些药物甚至可能在我们有生之年都无法问世。关于这方面的炒作太多了。”

在这种观点看来,复杂的化学信号、酶和蛋白质混合物协同作用形成记忆,从而产生一种自我调节的平衡,除非受到疾病的破坏,否则这种平衡会抵抗干扰。痴呆症带来的思维过程和身份认同的下降,可以通过补偿关键化学物质的损失来解决,并且可能值得冒险承受药物干预带来的不良副作用。但是,破坏健康人脆弱的稳态可能会产生意想不到的后果:仅举一个例子,长期记忆(童年回忆和去年假期所在的地方)的任何改善,都可能被工作记忆(大脑暂时存储电话号码的精神草稿纸)能力的下降所抵消。

一些批评那些争论神经增强伦理的人将当前的争论归因于他们所说的“推测性伦理”。这种趋势也困扰着纳米技术和其他技术事业,在这些事业中,伦理学家、科学家和政策制定者被对尚未发明的技术(无论是聪明药还是失控的纳米机器人)的社会影响的讨论所转移。“关于人类增强的大部分辩论……都受到过高的期望和技术炒作的影响,”鹿特丹伊拉斯谟大学的马特耶·舍默及其同事在《神经伦理学》杂志中指出。

一段曲折的历史
现有药物可能增强健康人认知能力的想法可以追溯到一个世纪以前,并且产生了模棱两可的结果。化学家戈登·阿勒斯在1929年将苯丙胺引入医疗用途,这是一种化学上类似于中草药麻黄素的合成药物。(阿勒斯还设计了另一种苯丙胺类药物摇头丸。)在第二次世界大战期间,双方都分发了各种形式的药物,以使士兵保持清醒和警觉,并增强勇气。德国人和日本人摄入了甲基苯丙胺,而英国人和美国人则使用了苯丙胺,这是一种类似于阿得拉的药物。

科学家们很快就想知道,人们感受到的性能提升是否真实。20世纪40年代英国人和美国人进行的心理评估发现,用户在测量阅读速度、乘法和其他因素的测试中,对自己的表现评价很高。但是,在大多数任务中,他们的测试分数并不比摄入咖啡因的受试者获得的更高。事实上,在更复杂的任务中,表现可能会下降。“由于苯丙胺具有情绪提升作用,它往往会让我们感觉自己表现得特别好,但实际上并非如此,”悉尼新南威尔士大学科学史学家、《论速度》(纽约大学出版社,2008年)一书的作者尼古拉斯·拉斯穆森说。“在评估枯燥任务表现的简单实验室测试中,它们通过提高勤奋度来提高分数,但这与参加法学院考试或在战斗中飞行是不同的。”

哌甲酯是苯丙胺的近亲,于1956年作为一种据称更温和的兴奋剂形式出现(用制药商的话来说是“精神运动刺激的快乐媒介”),但当调整剂量时,其生化和心理效应都相似。苯丙胺的鼎盛时期发生在40多年前。20世纪60年代末,美国苯丙胺的消费量达到100亿片,之后食品和药物管理局采取了严厉措施,将其标记为需要特殊处方的管制物质。《自然》杂志评论文章的作者之一,加州大学圣巴巴拉分校的神经科学家迈克尔·S·加扎尼加回忆说,20世纪60年代初他在上大学时,他的父亲曾给他寄苯丙胺用于学习。

在20世纪90年代中期,哌甲酯在多动症治疗中日益普及,促使研究人员采用新型脑成像技术和复杂的神经心理学测试,来检查该药物对健康受试者的影响,为与多动症和其他神经精神疾病患者进行比较提供基线。芭芭拉·萨哈基安、特雷弗·罗宾斯及其同事在剑桥大学于1997年在《精神药理学》杂志上发表的一篇论文显示,哌甲酯在一些指标(尤其是空间工作记忆和计划能力)上改善了一组休息充分的健康年轻男性的认知表现,但在其他指标(包括注意力和语言流畅性)上则没有改善。随着测试的进行,志愿者似乎在他们的回答中犯了更多错误,这可能是因为药物的作用引起的冲动性。

同一批研究人员发现,哌甲酯对健康老年男性的认知益处甚微。2005年,佛罗里达大学盖恩斯维尔医学院的一个小组在20名睡眠不足的医学生中,未能发现该药物有任何认知提升作用。哌甲酯无法与NoDoz和其他咖啡因药片并列的另一个障碍是,它有可能引起心律失常,并被滥用为娱乐性药物。正常剂量下成瘾很少见。但在20世纪70年代,哌甲酯使用者在吸入或注射这种被称为“西海岸”的药物后,通常会成瘾。

永不断电的药物
苯丙胺的曲折历史促使神经科学家和医生们欢呼莫达非尼的到来,认为它是一种促醒剂,与苯丙胺相比,副作用和滥用情况似乎更少。莫达非尼(1998年在美国推出)使人们能够在不需要休息的情况下长时间工作,这使其成为试图同时生活在四个时区的时差综合症患者的生活方式药物。

贾梅斯·卡西奥是加利福尼亚州帕洛阿尔托未来研究所的副研究员,他在从经常旅行的朋友那里听说莫达非尼后,从他的医生那里获得了该药的处方。在海外旅行期间,他注意到这种药不仅让他感觉更清醒,而且更敏锐。“感觉认知焦点和清晰度有所提高,这非常令人惊讶,但这是一个非常令人愉快的惊喜,”卡西奥说,他曾在自己写的一些文章中提到过这种药物。“我的经验不是我变成了超级大脑。更像是一种更容易进入认知流状态的体验,一种能够不受干扰地工作的状态。”

测试证实了卡西奥的一些印象。2003年,萨哈基安和罗宾斯发现,60名休息充分的健康男性志愿者在一些神经心理学指标(如数字序列的回忆)上表现更好,但在其他指标上结果没有变化。其他地方的研究人员也发现了该药物的好处,尽管正如卡西奥指出的那样,它不会使笨蛋变成天才。此外,这些研究都没有测试药物对长期认知的影响。

莫达非尼或哌甲酯的非管制供应仍然不太可能,因为这些药物往往以不同的方式影响个体。智商较低的使用者似乎从莫达非尼中获得了很大的性能提升,而那些天生能力更强的人则几乎没有或没有受益。对于哌甲酯,那些工作记忆较差的人在测试时有所改善;那些天生记忆力较强的人表现出较小的益处。

与苯丙胺一样,莫达非尼并非源于对大脑工作原理的潜在生物学基本理解。然而,目前的研究表明,该药物似乎涉及多种神经递质,这些神经递质会触发特定神经元簇的放电。该药物的确切机制仍有待阐明。但最近,美国国家药物滥用研究所所长诺拉·D·沃尔科及其同事发现,其中一种神经递质是多巴胺,它与苯丙胺所增强的化学物质相同,并赋予这些药物成瘾潜力。“与之前的认知相反,哌甲酯和莫达非尼似乎在它们对大脑多巴胺系统所起的作用方面非常相似,”沃尔科说,尽管她补充说,吸食或摄入莫达非尼以产生强烈的快感是不切实际的,因此滥用的可能性较低。2006年,更广泛使用的另一个障碍出现了,当时美国食品药品管理局以关于严重皮疹的报告为由,拒绝批准该药物作为儿童多动症的治疗药物。

将旧的注意力增强药物重新包装成学生、高管和软件程序员的认知增强剂,与饮用双份浓缩咖啡相比,可能只会产生微小的益处。有时,究竟什么是增强剂这个问题,促使该领域的专业人士考虑任何药物应满足哪些标准才能被归类为认知增强剂。最终,增强药物可能来自另一个研究领域。对我们如何将婴儿的图像或朋友的名字转化为持久记忆的见解,为专门为改善阿尔茨海默病或其他痴呆症患者的功能而设计的新药奠定了基础。

对新一代药物的乐观情绪,部分源于对记忆形成潜在生化过程的基础研究的进展。超过30种基因改造小鼠已经证明,它们比普通小鼠更能获取信息并将其存储在长期记忆中。“这是神经科学史上我们第一次拥有记忆分子和细胞生物学的骨干,”加州大学洛杉矶分校的神经生物学家阿尔西诺·J·席尔瓦说。“这对社会意味着,我们第一次可以使用它来开始改变我们学习和记忆的方式。”

但是,真正有效的记忆药物可能还有很长的路要走,部分原因是科学挑战。全球研究人员引入小鼠的200多个基因突变中的大多数都导致了缺陷。席尔瓦回忆起他实验室里的一只小鼠,这只小鼠说明了研究人员在开发认知增强剂过程中将面临的可能的权衡。这些动物比正常的、未改变的小鼠学得更快,但无法完成研究人员管理的一个复杂的谜题。“如果你教它们一些简单的东西,它们会很快学会,但对于更复杂的东西,它们就学不会了,”席尔瓦说。他估计,来自这项研究的药物可能需要几十年才能常规使用。

后勤挑战也同样艰巨。首批进入这一领域的几家公司,包括由顶尖学者创立的公司,都已步履蹒跚。2004年,《科学》杂志引用了四家新公司——Sention、Cortex Pharmaceuticals、Memory Pharmaceuticals和Helicon Therapeutics——作为一种趋势的典范。Sention倒闭了。Cortex于2012年与Pier Pharmaceuticals合并,现在完全专注于呼吸系统疾病的治疗。2008年,在经历了裁员和多次失败的临床试验后,诺华以极低的价格(不到1美元)收购了由诺贝尔奖得主坎德尔共同创立的Memory公司。Helicon公司的研究项目——该公司于2012年与Dart NeuroScience合并——得以幸存,是因为亿万富翁肯尼斯·达特(泡沫塑料杯大亨)的慷慨解囊,他被记忆药物的前景所吸引。该公司一直在开发一种药物,该药物将调节与谷氨酸相关的通路,谷氨酸是一种神经递质,它会触发与长期记忆形成相关的复杂细胞信号通路。

在合并之前,Helicon获得了超过1亿美元的资金,但未能使其任何候选药物进入后期临床试验。“当我演讲时,我喜欢向听众解释,当Helicon成立时,我认为我正在为我的父母制造记忆增强剂,而我还没有白发,”达特的执行副总裁兼首席科学官蒂姆·塔利说,他曾在冷泉港实验室工作时共同创立了Helicon。“他们现在已经去世,我头发全白了,我完全意识到这是一场为我而不是为他们的竞赛。”

60岁的塔利补充说,他不认为他的创造物会成为下一个伟哥或百忧解。“媒体喜欢完全忽略的是副作用的潜力,而直接跳到关于这是一种生活方式药物的疯狂猜测,”他说。“我认为这只是没有抓住重点。现实情况是,如果你患有使人衰弱的记忆障碍,这些药物可能会有所帮助,但对于其他人来说,它们可能太危险了。”

尽管有这些警示故事,制药商仍在继续尝试开发用于治疗阿尔茨海默病和其他痴呆症的认知增强剂。正在考虑的化合物包括那些改变除谷氨酸以外的神经递质作用的化合物——包括烟草中的尼古丁激活的受体(尽管不是与成瘾相关的受体)。人们吸烟的原因之一是尼古丁有助于集中注意力。

从为痴呆症开发的药物中吸取的教训,可能会导致一些药物能够缓解与正常衰老相关的轻度认知问题,前提是这些化合物不会带来难以忍受的副作用。如果足够良性,这些药丸可能会进入大学宿舍或行政套间。“在制药领域,人们认识到,一种成功的认知增强剂可能会成为有史以来最畅销的药物,”不列颠哥伦比亚大学神经伦理学教授彼得·B·雷纳说。

接近市场
尽管研究人员通过详细描述认知背后的分子过程来发现认知增强药物在科学上令人满意,但首批进入痴呆症和其他认知障碍市场的新药,可能并非源于对神经功能的深刻见解。它们可能来自偶然的发现,即某些批准用于其他用途的化合物对认知有影响。

例如,一种最终因阿尔茨海默病认知功能障碍而失败的候选药物,最初在俄罗斯被开发为治疗花粉热的抗组胺药,后来被发现具有抗痴呆特性。潜在的巨大市场导致一些公司采取非正统的上市途径,重新审视一种失败的药物或一种未完成临床试验的药物,并将其作为膳食补充剂或监管较宽松的“医用食品”出售。

同样,新药的出现可能是因为监管机构批准扩大已知会影响认知的药物的允许用途。莫达非尼的制造商Cephalon公司就采取了这种途径,获得了FDA的许可,可以将该物质销售给轮班工人,轮班工人的人数远多于最初批准使用该药物的嗜睡症患者(后者患有无法控制的睡眠发作)。(Cephalon还向两个州和联邦政府支付了近4.44亿美元,原因是其宣传包括莫达非尼在内的三种药物用于未经批准的用途。)改善认知的冲动——无论是加强精神集中还是帮助回忆朋友的电话号码——可能对制药商和消费者都极具吸引力,以至于可能会掩盖摆弄赋予我们基本自我意识的神经回路的不可避免的风险。

更多探索

记忆由此构成:记忆在人类和动物中的运作方式。 鲁西科·布尔乔拉泽。哥伦比亚大学出版社,2002年。

健康人群负责任地使用认知增强药物。 亨利·格里利等人。《自然》,第456卷,第702-705页;2008年12月11日。

增强认知的分子和细胞生物学。 李勇锡和阿尔西诺·J·席尔瓦。《自然评论神经科学》,第10卷,第126-140页;2009年2月。

精神药理学增强的未来:期望与政策。 马特耶·舍默等人。《神经伦理学》,第2卷,第75-87页;2009年7月。

加里·斯蒂克斯,《大众科学》杂志心理与大脑主题高级编辑,负责编辑和报道推动脑科学走向生物科学前沿的新兴进展。斯蒂克斯编辑或撰写过封面故事、专题文章和新闻,主题广泛,从一个人沉浸在思考中时大脑中发生的事情,到减轻抑郁症等情绪障碍的脑植入技术的影响。在接手神经科学领域之前,斯蒂克斯作为《大众科学》杂志的特别项目编辑,负责杂志的年度单主题特刊,构思和制作了关于阿尔伯特·爱因斯坦、查尔斯·达尔文、气候变化和纳米技术的特刊。他负责的关于时间及其各种表现形式的特刊,曾荣获国家杂志奖。斯蒂克斯与妻子米里亚姆·拉科布合著了一本名为《谁在乎千兆字节?技术困惑者的生存指南》的技术入门书。

更多作者:加里·斯蒂克斯
SA Special Editions Vol 23 Issue 5s本文最初以“提升大脑性能”为标题发表于 SA Special Editions 第23卷第5s期(),第102页
doi:10.1038/scientificamericangenius0115-102
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