華盛頓特區——訓練空軍飛行員引導無人攻擊機最困難的任務之一是如何在複雜的雷達影像中挑選出目標。飛行員培訓目前是部署這些新型致命武器的最大瓶頸之一。
因此，空軍研究人員最近欣喜地得知，他們可以透過在影片模擬器的訓練過程中對飛行員的大腦施加輕微的電流（2毫安直流電，持續30分鐘）來將訓練時間縮短一半。電流透過放置在頭皮上的腦電圖（腦電圖）電極輸送。生物醫學工程師安迪·麥金利和他在賴特-帕特森空軍基地的空軍研究實驗室的同事於11月13日在神經科學學會年會上報告了他們關於這種所謂的經顱直流電刺激（TDCS）的研究結果。
麥金利說：“我不知道有什麼可以與之相比的，”他將TDCS的認知提升與咖啡因或其他已被測試為增強學習的興奮劑進行了對比。TDCS不僅加速了學習，飛行員的準確率在持續長達40分鐘的試驗中也得到了維持。通常，在20分鐘後，識別威脅的準確率會穩步下降。除了加速飛行員訓練外，TDCS還可能在軍事領域及其他領域有許多醫療應用，例如加速腦損傷或疾病後的再訓練和恢復。
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對於空軍和其他對經顱刺激感興趣的人來說，問題是這些發現是否會隨著時間的推移而保持有效，或者會淪為偽科學的垃圾箱。
新墨西哥大學健康科學中心（位於阿爾伯克基）的神經生物學家雷克斯·榮格說：“現在關於這方面的通俗科學太多了，”他指的是聳人聽聞的媒體報道，以及不同的大腦刺激研究中用於增強學習或提升情緒的廣泛變化的協議和有時寬鬆的控制。
事實上，用於治療效果的電刺激有著悠久而曲折的歷史，可以追溯到19世紀，當時“電療”在冒險的醫生以及庸醫中風靡一時。脈衝電流被用來治療從失眠到子宮癌的各種疾病。安慰劑效應可能在這些歷史結果中發揮了作用，儘管實驗得到了仔細的控制，但懷疑論者不清楚它是否是空軍關於經顱刺激和學習研究的一個因素。
受試者肯定會感覺到刺激，但並不令人不快。本科生勞倫·布拉德說：“感覺像輕微的刺痛或輕微的灼燒，”她是另一項關於TDCS和學習的研究的受試者之一，該研究也在會議上進行了報告，她的導師榮格和邁克爾·魏森德以及阿爾伯克基心智研究網路的同事也參與了研究。她說：“之後，我感覺更加警覺了。”但為什麼呢？
布拉德和她的合著者試圖確定他們是否可以在TDCS後測量大腦中的任何實際變化，這可以解釋該治療如何加速學習。研究人員在TDCS後尋找大腦的功能性變化（腦電波活動改變）和物理性變化（透過檢查MRI腦掃描）。
他們使用腦磁圖（MEG）記錄感覺刺激（例如聲音、觸控和光線）產生的磁場（腦電波），同時受試者接受TDCS。研究人員報告說，TDCS將對刺激手臂感覺神經產生的腦電波的幅度提高了六倍。當使用模擬TDCS時，沒有觀察到這種增強，模擬TDCS在頭皮上產生了類似的刺激感，但在激發腦組織方面無效。這種效果在TDCS停止後仍然持續了很長時間。在TDCS停止50分鐘後，感覺誘發電波仍然比正常水平高出2.5倍。這些結果表明，TDCS增加了大腦皮層的興奮性，從而提高了喚醒水平，增加了對感覺輸入的反應，並加速了皮層迴路中的資訊處理。
值得注意的是，MRI腦掃描顯示，在TDCS後僅五天，大腦就出現了明顯的結構變化。大腦皮層中的神經元透過埋藏在大腦表面下方的“白質束”中大量神經纖維（軸突）相互連線，形成迴路。研究發現，TDCS後，這些纖維束更加健壯，組織化程度更高。在沒有受到頭皮電極刺激的大腦另一側，沒有觀察到任何變化。
透過稱為擴散張量成像（DTI）的MRI技術檢測到的白質結構變化可能是由於大腦組織中許多微觀的物理或細胞變化引起的，但在沒有獲得組織樣本在顯微鏡下進行分析的情況下，不可能確定這些變化。
德國萊比錫馬克斯·普朗克人類認知與腦科學研究所神經物理學系的腦成像專家羅伯特·特納（他沒有參與這項研究）推測，DTI檢測到的變化可能代表纖維絕緣（髓磷脂）的增加，這將加速資訊透過纖維的傳輸。他說：“以我目前的觀點，對觀察到的快速變化的主要假設……是白質內先前未髓鞘化的軸突纖維在開始攜帶頻繁的動作電位時會迅速髓鞘化。”他警告說，還有其他幾種可能的解釋。
目前在德國圖賓根大學醫學、心理學和行為神經生物學研究所的馬蒂亞斯·維特科夫斯基稱這些實驗中白質的快速變化“令人難以置信”。他說：“我不會首先想到[白質變化]。看看是否有細胞變化會非常有趣。”這是榮格及其同事計劃的下一步研究。他們希望從在進行必要的大腦手術（在手術中將切除組織作為其治療的必要部分）之前願意參加TDCS研究的患者那裡獲得大腦組織。
維特科夫斯基透過這些新研究和他自己的研究確信，經顱刺激可以加速多種學習，他在會議上提出的關於腦機介面的研究表明了TDCS在加速患者受傷後康復方面的潛力。四肢癱瘓的人可以被教導控制一個機器人手套狀裝置，該裝置會根據患者自己的想法移動手指。當患者想象移動他或她的手時，放置在人頭皮上的電極會接收腦電波。腦電波由計算機進行分析，以控制機器人假手。但是，僅透過思考來學習生成控制假手的適當腦電波需要大量的訓練。維特科夫斯基發現，如果患者在為期五天的訓練中接受一次20分鐘的TDCS刺激，他們就可以更快地學會透過想法來控制手。
本次會議上報告的新研究表明，TDCS產生的加速學習不僅僅可以用安慰劑效應來解釋。現在的證據表明，TDCS會引起大腦結構的物理變化以及其反應的生理變化。TDCS增加了皮層興奮性，這可以在腦電波記錄中進行測量，並且還會引起大腦連線結構的改變，這些改變可以在MRI上觀察到。透過使用電力來啟用大腦皮層中的神經迴路，研究人員希望他們已經找到了一種無害且無藥物的方法來使學習速度提高一倍。