刺激感觉:非侵入性技术撼动神经科学

如果你偷看了罗伯特•莱因哈特的在波士顿大学实验室的最新项目中，你会看到研究人员聚集在一个坐着的志愿者周围，他们戴着一个不寻常的头戴式设备;想象一下，一顶泳帽上竖着一排错综复杂的电线。这种奇怪的设置已经成为不断发展的非侵入性大脑刺激(NIBS)领域的关键，这是神经科学的一个新前沿。

几十年来，大脑研究人员一直对能够更深入地观察我们神经系统的前景充满期待。现在，我们有实时观察大脑活动的成像技术，可以揭示大脑复杂遗传结构的工具，甚至有模拟大脑内部工作的计算系统。尽管取得了这些令人难以置信的进步，但我们对大脑及其为身体提供动力的神经的深入研究还没有对大多数神经系统疾病产生有效的治疗方法。

NIBS有望在不需要危险手术的情况下获得良好的治疗效果，这一潜力已经吸引了许多参与者，从莱因哈特的学者到Reddit留言板上的diy刺激爱好者，他们都在尝试探索这一新领域。

不干涉程序

NIBS技术通常涉及使用一种能量来源——可以是电的、磁的，甚至是声波——来刺激大脑莱因哈特实验室他解释说:“所有这些技术的目标基本上都是改变大脑活动，而无需进入大脑内部。”

为神经调节做准备:莱因哈特实验室成员布里安娜·布拉德(Breanna Bullard)在演示设置过程中的一个步骤，确认志愿者和实验室成员埃莱尼·科瓦拉斯(Eleni Kouvaras)身上脑电图和神经调节电极的正确位置。图片来源:Robert M. G. Reinhart博士

有几种不同的NIBS技术。莱因哈特实验室使用了一种叫做经颅交流电刺激(tACS)的方法，这种方法使用电流来改变我们头骨内大脑活动的节奏。虽然利用电子设备来治疗大脑是一种既定的方法，但较老的技术，如深部脑刺激- a经过试验和测试的疗法以缓解帕金森病的一些症状——通常涉及脑部手术。相比之下，格罗弗的志愿者只需要简单地清洁他们的头部，并在他们的头皮上涂抹一种凝胶，这使得安装在这些未来泳帽上的电极与他们的大脑电流之间建立连接成为可能。

莱因哈特团队的研究调查了不同的大脑活动模式和健康志愿者在强迫症(OCD)病理程度上表现出的重复行为之间的联系。有这么多NIBS技术可供研究人员使用(见框1)，选择一种方法似乎很复杂。但是Grover解释了tACS对这个应用程序的明显好处。

“当我们将电极连接到头皮上并测量这些脑电活动模式时，我们发现有某种有节奏的活动模式倾向于在一段固定的时间间隔后重复。过去几十年的大量工作告诉我们，这些频率对我们的日常功能很重要;它们有助于大脑如何处理信息，然后决定如何处理这些信息。我们使用tACS来控制大脑活动模式，”格罗弗说。研究小组希望通过修改这些模式，他们可以改变相关的重复行为。这正是他们的发现。他们最近的一次研究结果显示，在五天的时间里，NIBS患者的强迫症样行为减少了28%。

他们在强迫症方面的工作只是NIBS研究的众多分支之一。全球的研究人员都在使用tACS、经颅磁刺激(TMS)和经颅聚焦超声(FUS)等技术来解决抑郁症、成瘾等疾病，甚至是神经系统疾病中风．

大脑的新设备

虽然学术研究仍然是迈向医疗技术的缓慢而审慎的路线，但对慢性压力和抑郁症患者的即时治疗的需求是正确的现在而非侵入性疗法日益增长的潜力并没有被学术泡沫之外的人所忽视。

这种需求正在通过商业刺激设备的激增得到满足，比如Flow Neuroscience的产品流量tDCS耳机在欧盟(EU)市场上销售的是一种经医学批准的治疗抑郁症的非侵入性设备，与基于应用程序的心理治疗一起使用。Flow版本的tDCS与Reinhart实验室的tDCS有一些相同的特性。虽然该设备本身是一个光滑的未来派头饰，使格罗弗的金属游泳帽在美学上相形见绌，但两者都使用湿垫来确保电极和大脑以及额叶皮层的两个目标区域之间的稳定连接。

Flow Neuroscience的tDCS设备。来源:Flow Neuroscience

Flow的设备有许多安全功能，以确保它不能在严格的协议之外使用，联合创始人、首席技术官和计算神经科学家Erik Rehn解释说:“Flow是根据医疗设备指令和所有现有的医疗设备安全标准进行认证的。”他补充说:“我们也有安全措施来限制刺激的程度，所以你必须遵循一定的治疗方案。”

Flow希望将自己的产品与DIY tDCS设备分开，后者已经在1.4万多人的社区中找到了在线追随者bet188真人r / tDCSReddit上的页面。这些设备完全是未经批准的自制装置，导致海报上的人报告皮肤烧伤和其他不良副作用。

Flow的耳机已经获得了欧洲认证CE标志，以验证所选适应症产品的安全性和有效性。这里值得一提的是医疗器械和药物化合物批准标准之间的一个关键区别。虽然新药在被批准广泛使用之前必须在人体试验中进行测试，但为了获得CE标志，Flow的耳机无需在任何已发表的临床试验中进行测试。CE标志可以根据“作用原理”获得，这意味着由于已经发表的研究表明tDCS的有效性，因此像Flow这样使用tDCS的设备可以获得批准。Rehn告诉我，虽然Flow耳机还没有完成试验，但一些试验正在进行中，目的是尽快获得更严格的美国食品和药物管理局(FDA)设备认证的批准。他说:“我们在这些即将到来的试验中寻找的是tDCS和行为疗法的结合，与现有的研究相比，这将是完全独特的。”

Rehn告诉我，Flow的技术得到了NIBS领先实验室的支持，他们认为商用设备是未来的发展方向。格罗弗对此持更为谨慎的观点:“我们认为这在很大程度上还处于研究阶段，它只应该在实验室或诊所或临床环境中进行，研究人员和临床医生只应该从研究的角度看待它，而不一定会立即将其作为一种治疗方案，”他说。

离开大脑去刺激身体

无论是使用声波还是电流，NIBS技术都会刺激中枢神经系统的区域，包括大脑和脊髓。其他技术则将目光从大脑转向周围神经，这些神经在我们的身体周围传递信号，以产生治疗效果。有一种神经一直是广泛研究的目标，那就是迷走神经，它是大脑的中枢高速公路副交感神经系统．这个神经网络负责一系列影响我们休息时身体的功能，包括情绪、心率和消化。

迷走神经刺激的支持者说使用电刺激对神经进行靶向激活，不仅可以治疗大脑疾病，还可以治疗影响身体其他部位的疾病。达沃Zanos范斯坦医学研究所的一名研究员解释说:“迷走神经支配着身体的许多器官。只要刺激一根神经，就会涉及到很多不同的器官和功能。”

斯塔夫罗斯·扎诺斯在范斯坦医学研究所的实验室里。信贷:FIMR

如果不是以精确和可控的方式刺激连接身体许多区域的神经，可能会产生意想不到的副作用。扎诺斯的团队已经开发了几种定向迷走神经神经系统技术，可以专门激活迷走神经高速公路内选定的纤维和信号。目前试验中的VNS技术包括这两种非侵入性而且侵入性的技术。扎诺斯解释说，以前的研究都支持这两种方法，但对于哪一种更优仍然没有共识:“我认为没有共识的原因是，我们仍然在发现这种神经对一侧的生理和另一侧疾病的病理生理有什么作用，以及使用它是否有显著的治疗益处，”他说。

一个非共识的方法?

在VNS领域，同时一些设备已经通过主流渠道寻求特定疾病的认证，如癫痫，还有许多其他旨在对神经系统起非侵入性作用，而不做任何具体的医疗声明。这些都是快速发展的健康产业的一部分，旨在缓解现代生活的非临床症状。一个这样的设备是可感觉的在英国的零售价为200英镑(合280美元)。这款设备的背后是一位健康老手Stefan Chmelik博士他告诉我，近30年来，他一直在教授冥想和放松技巧。Chmelik注意到人们获得有效冥想所需的空间与和平的能力发生了变化。“然而，现在你很难找到一个人会说他们不想要学会更有效地放松，这实际上是越来越难做到的事情，”Chmelik说。

这一观察结果导致Chmelik创立了BioSelf技术以及Sensate的发明，这是一种涂有橡胶的设备，大小和形状都和无线鼠标差不多。它连接到一个挂绳，被设计成坐在你的胸骨上。当我在2020年中期第一次意识到Sensate时，它被宣传为一种可以减少压力和焦虑的VNS设备。到2021年初我与Chmelik交谈时，有些事情已经发生了根本变化。“我们绝对不是VNS技术。我们指的是自我调节，增加弹性，通过模仿某些自然行为，你可以提高迷走神经的效率，”Chmelik说。根据Chmelik的说法，这个支点是为了避免与医学上批准的VNS方法混淆。然而，不知何故，这种区别几乎已经消失了报道感觉。尽管Chmelik告诉我，sensate的团队正试图删除这些广告，但仍然很容易找到sensate品牌的广告，宣传该设备是VNS产品。

与VNS或tDCS不同的是，没有发表的证据表明仅提高“迷走神经效率”就可以帮助减轻压力。尽管如此，Sensate的网站还是有许多来自满意客户的案例研究。我向扎诺斯推荐了Sensate，得到的回答是:“这个设备可能会利用某种机制，但我无法想象它会是什么。”

BioSelf科技公司的鹅卵石形状的Sensate设备。来源:Bioself Technology

Chmelik解释说，感知器对自主神经系统的作用机制被称为次声波骨传导，与通过宗教吟诵或哼歌获得的作用没有什么不同。Chmelik是第一个承认我们已经完全脱离主流医学研究领域的人:“事实上，Sensate是一项非共识技术。我们所说的还不是一般主流医学的一部分。”他说。然而，BioSelf团队已经有了临床批准的路线图，Chmelik告诉我，他的团队正在进行六项试点研究。

大脑刺激的最佳出路是什么?

感觉所有这些刺激神经系统的方法都有固有的局限性。学术研究无疑会产生最有力的发现，但进展缓慢。利用这些新发现直接生产医疗设备速度更快，但牺牲了准确性——虽然Grover的实验室设计每个实验，以便他们可以通过脑电图(EEG)映射来验证目标大脑区域实际上被激活，但没有办法检查Flow设备，例如，是否确切地激活了它所针对的额叶大脑区域。通过像Sensate这样的“非共识”方法，这项技术变得更容易使用，但代价是科学证据基础的巨大损失。

大脑刺激技术有正确的发展方向吗?扎诺斯和格罗弗在辩论中站在不同的立场。Grover还不愿意对NIBS的潜力做出任何确切的结论。“这类神经调节技术还处于起步阶段。即使是像经颅交流电刺激这样的技术也只有十多年的历史，而且在社区中对这种技术的有效性存在很多争论。”另一方面，扎诺斯看到了让行业尝试不同概念的潜力，只要这些概念是针对健康人群的:“我认为几乎任何概念都可以学到一些东西诚实的科学的努力，即使它失败了，”他说。“我认为我们将了解我们身体是如何工作的。从这个意义上说，我不会阻止这种类型的投资或这种类型的商业或科学努力。”

扎诺斯提醒我，他不是这些技术的道德平衡方面的专家。幸运的是,劳拉·卡布瑞拉密歇根州立大学生命科学伦理与人文中心助理教授*说的就是这样。从卡布雷拉的角度来看，必须保持微妙的平衡。“重点是不要过度炒作，因为那很危险，会制造错误信息泡沫。也没有必要制造恐惧。我们应该公开我们知道什么，我们不知道什么，以及人们使用这类技术所做的危险事情的类型。”

但卡布雷拉和扎诺斯一样，也承认，不管学术界有什么投入，只要能让人们快速过上更好的生活，这类设备就会有一席之地。“这也说明了我们所生活的文化类型。人们觉得有一种“健康”的需要，一种回归自我的需要。健康设备的市场是巨大的，因为这些人想要找到一种能够让自己平静下来，感觉更轻松，压力更小的方法，”卡布雷拉说。

她补充说:“他们会想‘我要使用一种可以快速连接并得到结果的设备。越来越少的人倾向于以艰难的方式学习冥想。我并不是说这是最好的方式，但它确实反映了我们目前所处的文化。”

无论是缓慢而彻底的学术途径还是快速的商业途径胜出，大脑刺激仍将是神经科学家在未来几十年探索的前沿领域。对于Grover来说，通过NIBS和其他刺激技术改善人们生活的潜力是非常令人兴奋的:“我们想要研究这种干预对临床诊断为强迫症的个体，甚至可能对其他强迫性障碍，如物质使用障碍、成瘾、赌博障碍，或可能正在经历不同类型强迫行为的个体，如强迫饮食、强迫购物和强迫上网的个体，会产生怎样的影响。这里有很多机会。”

*卡布雷拉现在是副教授，宾夕法尼亚州立大学神经伦理学的Dorothy Foehr Huck和J. Lloyd Huck早期职业主席。