本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
本博客是庆祝《大众科学·思想》创刊十周年而推出的关于技术与大脑的系列客座文章中的第四篇。该杂志的十一月/十二月特刊同样强调了代码与思想之间的界面，描绘了一个未来更加数字化的你。
想象一下，有一种医疗设备，构造简单，价格低廉，任何有互联网连接和当地无线电商店的人都可以用它来调整自己的大脑——变得更聪明、更专注、更平静或更快乐。 这种设备名义上是存在的。 经颅直流电刺激 (tDCS) 是指通过仔细放置在头皮上的电极将低电流电力输送到大脑中。 我们目前最好的猜测是，电流使神经元处于一种状态，使它们在接收到来自其他神经元的输入后更容易放电（发出信号）。 结果是大脑的暂时性变化，理论上，这可能对那些想要更快学习、改善情绪或以任何方式改变心理功能的人有所帮助。
越来越多的科学研究开始详细描述 tDCS 如何提高注意力、改善情绪和增强记忆力。 例如，在 2014 年《神经科学杂志》的一篇文章中，范德堡大学的神经科学家罗伯特·莱因哈特和杰弗里·伍德曼证明，对内侧前额叶皮层施加 tDCS 可以使个体更快地学习简单的反应时任务，并在出错后更容易纠正自己。 此外，反转刺激的极性会逆转效果，使人们在纠正错误方面比接受假刺激时更差，假刺激模拟电流的感觉，但不传递电力。 这些结果在四个实验中得到重复，并在两种类型的任务中观察到。 简而言之，作者发现，改变与认知控制相关的大脑区域的激活可以提高人们的认知控制能力，这支持了内侧前额叶皮层确实控制着这一功能，并且这种控制是可以被修改的观点。 这项工作是对功能性磁共振成像 (MRI) 等技术的补充，功能性磁共振成像 (MRI) 使科学家能够寻找大脑区域和认知过程之间的关联，但无法证明这些区域的活动真正构成记忆、注意力或语言的基础。
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因此，tDCS 是一项令人兴奋的技术，它有望增进我们对大脑如何运作的理解，并以特定和有针对性的方式改善大脑功能。《大众科学·思想》杂志中的马罗姆·比克塞姆和彼得·托舍夫设想了一种可能的未来，建议用 tDCS 设备取代药瓶，摆满当地药房的墙壁。在我们的研究实验室中，我们目前正在研究 tDCS 在提高创造力方面的潜在作用。 通过对参与类比推理的前额叶皮层区域应用 tDCS，我们希望提高人们发散思维解决问题的能力。 这些实验尚处于早期阶段，但可能有助于我们了解大脑如何进行创造性思维以及我们如何能够改进这些过程。
与此同时，这些设备已经走出实验室，进入人们的家中。 快速的互联网搜索显示，从 The Brain Stimulator 等零售商处可以购买到不到一百美元的预制设备，但绝大多数人选择熔合、焊接和连接自己的作品。 在业余 tDCS 中，没有电子经验的好心人会用电池、电缆和吸水海绵制造脑刺激设备，并为此付出巨大的努力和自豪感。 对自制 tDCS 设备的热情很大程度上可能是由于少量但不断增加的科学文献支持其效用。 人们可以理解地可能希望通过一种承诺良好效果和几乎没有副作用的机器来改善认知功能。 还有一些人可能是受到参与公民科学的机会的激励，希望通过 YouTube 这个免费媒介为公众知识做出贡献。
公民科学家为了自我提升和公共知识而愿意给自己“通电”的兴起，是一种有趣且略微令人担忧的现象。 过度充电的电极和鲜为人知的电子套件造成的烧伤比比皆是； 由于在家中放置电极既粗糙又不比有根据的猜测好多少，人们可能会无意中刺激到意想不到的大脑区域和网络，从而造成无法预料的后果。 关于用电刺激大脑的长期影响，我们知之甚少； 这些设备在主流科学中的广泛使用仍然很新，以至于我们尚不清楚长期刺激会在多年时间尺度上如何影响大脑。 因此，牛津大学的心理学家罗伊·科恩·卡多什和神经伦理学家朱利安·萨夫列斯库等专家在 2012 年的《当代生物学》杂志上撰文指出，他们不建议广泛使用该技术，尤其是在儿童身上，因为迄今为止几乎没有工作来确定 tDCS 在该群体中的安全性和有效性。
由于业余爱好者群体已经绕过了这些学术担忧，因此问题不在于人们是否应该制造和使用自己的 tDCS 机器，而在于这些机器是否真的能带来任何好处。 目前，关于自制 tDCS 设备产生了认知或其他益处的传闻性说法很难评估，原因有很多。 首先，业余研究人员无法合理地将治疗与对照条件进行比较——也就是说，与在其他重要方面与治疗相当但在没有其关键成分的情况下进行比较。 为了测试 tDCS，科学家将其与假刺激进行比较：受试者感觉到头皮略有刺痛，但没有接受电流。 理想情况下，科学家和参与者都不知道刺激是真实的还是虚假的，从而减少了参与者的期望（这可能会影响结果）以及科学家无意识地偏向他或她的假设。 尤其，证实偏差，即寻找证据来证实我们假设的倾向，可能非常强大。 这种偏见发生在日常生活中，例如，当我们“看到”更多证据表明我们已经标记为混蛋的人有令人讨厌的行为时。 同样，如果我将 tDCS 设备绑在头上，并且我选择了一个特定的蒙太奇（电极排列），预计可以提高我的注意力，那么我很可能会看到我的注意力有所提高——无论治疗是否真的有效。 既担任实验者又担任参与者违反了收集数据时保持公正的目的。
此外，在业余设置中，精确放置电极非常困难。 例如，如果一个人的目标是提高记忆提取能力，那么刺激左侧下额叶皮层 (LPFC) 将是一个好的开始。 但是 LPFC 在语言产生中的作用呢？ 我们又如何确定我们正在针对 LPFC 中引导记忆提取的特定子区域？ 大多数家庭爱好者无法获得脑电图帽，这使得准确定位相对自动化。 一些科学实验室还使用个体参与者的 MRI 扫描来进一步明确皮层的特定褶皱可能位于颅骨下方的确切位置。 相反，自制设备包括单独使用胶带或贴纸固定在头部的电极。 一种放置策略是尽可能遵循称为国际 10/20 系统的通用脑图，该系统指示电极相对于其下方大脑叶的位置。 使用这种方法，人们可以通过测量自己头皮上的各种地标，并相对于标准脑电图帽放置电极的位置插值距离来放置电极。 这显然不是一个万无一失的系统。 此外，用于电极放置的通用地图实际上可能不适合任何人，因为每个人的大脑都有某种独特的结构。 因此，外行人很难确定他或她实际刺激的是大脑的哪个区域。
即使在给定的实验中，电极被完美地放置在头部，这种定位仍然不能保证控制特定大脑功能的精确神经元的兴奋性增加。 尽管在某些情况下，心理学家已经能够识别出似乎控制特定功能的区域，例如注意力、动机或记忆力，但越来越多的神经影像学研究表明，不同大脑区域之间存在相互联系，以及某些功能在多大程度上无法定位到离散的大脑区域。 因此，使用 tDCS 靶向特定大脑区域的效果尚未完全了解。 与普遍看法相反，我们根本无法确定刺激大脑区域 X 会影响认知过程 Y 而不会影响 Z，因为神经科学不支持这种程度的特异性。 在某些情况下，这种策略是有效的，但我们不能指望它。 在对特定大脑区域支持的认知过程没有广泛而深入的文献理解的情况下进行操作，会造成一些危险的猜测； 这一事实将家庭爱好者与那些通过深入了解大脑如何运作而建立事业的科学家们区分开来。 这一事实决定了我们如何确信，例如，莱因哈特和伍德曼的工作可能会产生关于大脑功能的新知识，而业余 tDCS 管理更有可能混淆认知论的界限。
尽管存在这些注意事项，但人们愿意以科学的名义进行自我实验这一事实是一件好事。 通过更好的教育和对支持性科学的理解，公民大脑刺激器可能会在科学领域有所贡献。 互联网的一大优势在于众包； 想象一下，成千上万知识渊博且经过审查的业余爱好者走进他们的车库，大规模复制科学期刊上发表的发现，并证明，实际上，应用于内侧前额叶皮层的标准 tDCS 方案确实可以对认知控制产生可衡量且持久的改善。 也许我们正处于一场革命的门槛，这场革命将快速复制繁琐且昂贵的传统科学研究。
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