無創腦刺激正值鼎盛時期，科學家和業餘愛好者都在尋找無需切開大腦和植入電極即可改變神經元活動的方法。一種流行的技術組合，稱為經顱電刺激 (TES)，透過貼上在頭皮上的電極輸送電流，通常在目標大腦區域上方。近年來，許多研究將廣泛的益處歸因於 TES，包括增強記憶力、提高數學技能、緩解抑鬱症，甚至加速中風後的康復。這些結果還催生了一個家庭手工業，為尋求提升腦力的 DIY 大腦駭客提供商業 TES 套件。
但人們對 TES 實際上如何與大腦相互作用知之甚少，一些研究對這些技術的有效性提出了嚴重的質疑。2 月 2 日發表在《自然通訊》上的一項研究提高了賭注，報告稱傳統的 TES 技術無法輸送足夠的電流來啟用大腦回路或調節大腦節律。電流在穿過頭皮和顱骨時大多會逐漸消失。“任何在該領域發表過積極效果的人可能都不會喜歡我們的論文，”紐約大學醫學院的神經科學家、該研究的資深作者格奧爾基·布扎基說。
TES 背後的機制仍然神秘，部分原因是如果不穿透顱骨，研究人員就無法在施加刺激時測量神經反應。傳統的 TES 方法會產生電噪聲，淹沒在頭皮上檢測到的任何大腦活動。
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為了解決這個問題，布扎基的團隊首先將電極植入大鼠的大腦內部，並在外部施加 TES 時測量神經活動。透過改變刺激引數，他們找到了觸發神經元放電或改變大腦節律所需的最小電場強度。
接下來，研究人員想弄清楚需要對人類頭皮施加多少電流才能在大腦內部產生這些電場。但是這些侵入性實驗無法在人體上進行，因此布扎基的團隊選擇了次好的方法：人類遺體。透過將記錄電極植入遺體的大腦內部並在外部施加 TES，研究人員發現他們需要用大約 4 到 6 毫安的電流衝擊頭皮——遠高於典型的電流水平。
通常，TES 從業者會避免使用高於 2 毫安的電流，因為這些電流會引起副作用，例如刺痛、頭暈、難聞的味道以及幻覺視覺和聲音——這是電流進入眼睛、耳朵和麵部神經等軟組織的結果，這些軟組織的電阻小於顱骨。事實上，在老鼠和人類遺體中，布扎基的團隊都發現，施加到頭皮上的電流中約有 75% 從未到達大腦，而是被顱骨、頭皮和其他外部組織吸收。
這些發現與包括澳大利亞墨爾本大學神經科學家賈裡德·霍瓦特在內的這些技術的懷疑論者產生了共鳴。在 2015 年的薈萃分析中，霍瓦特收集了大約 400 篇應用 tDCS（一種使用直流電的 TES 版本）並據報道影響了認知或行為某些方面的出版物。當他對研究進行彙總時，他的團隊發現，儘管個別論文報告了某些益處（例如縮短反應時間或提高任務準確性），但在各項研究中都無法確定可靠的效果。“現在，我們終於有了確鑿的資料表明許多人一直懷疑的事情：tDCS 根本沒有進入大腦，”霍瓦特說。
為了輸送完成工作所需的更高電流，這項新研究的資深作者、匈牙利塞格德大學的神經科學家安塔爾·貝雷尼開發了一種新的 TES 系統。該設計沒有僅使用一對刺激電極，而是將工作分配給六對電極，每對電極以快速脈衝的形式輸送所需電流的一小部分，這些脈衝在其目標神經元內部重疊並累加。在健康志願者身上進行的測試表明，這種設定減少了與輸送更高電流相關的副作用。布扎基希望透過更多的改進，甚至更多的電極，他們最終可以消除不適感。
一些研究人員不準備放棄傳統的 TES。布扎基的團隊發現，傳統的方案缺乏直接影響大腦回路的足夠電流，但他們的研究重點是刺激脈衝後立即發生的事情。“大多數 TES 方法應用刺激數十分鐘，”紐約城市學院的生物醫學工程師馬羅姆·比克森指出，他沒有參與這項研究。比克森認為，當前的 TES 實踐可能仍然會對神經元產生微妙的影響，這些影響會隨著時間的推移而累積，從而調節大腦功能。
布扎基承認，傳統的 TES 可能透過多種途徑間接或在更長的時間尺度上改變神經活動。一個明顯的候選者是安慰劑效應——人們之所以改善是因為他們相信治療有效。但也可能有其他解釋：刺激頭皮上的神經可能會將訊號傳送回大腦或影響血液迴圈。或者，神經元以外的其他型別的細胞可能會接收電場並逐漸改變大腦功能。然而，布扎基指出，缺乏確鑿的證據來證明大多數這些理論。“我認為現在的遊戲是將球扔回給那些聲稱有積極效果的人，並讓他們在必要時解釋它是如何發生的，”他說。