特魯迪，一位34歲的銀行職員，患癲癇病已有18年之久。她嘗試了所有常用的藥物，但效果甚微。通常，她在癲癇發作前會感到噁心，然後失去意識。幾分鐘後她會醒來，感到非常疲憊。據她的丈夫說，她在癲癇發作時會咂嘴，雙手也會亂動。
當癲癇發作達到每週兩到三次的程度時，她決定聯絡德國波恩大學的癲癇診所，她是在電視報道中聽說的。幾周後，她進行了首次門診預約。在詳細討論了她的病史後，醫生採集了血樣，進行了腦電圖（EEG）檢查和頭部磁共振成像（MRI）。幾天之內，一位醫生打電話告訴特魯迪，建議進行手術，她應該入院進行檢查。特魯迪既高興又害怕。
美國有超過250萬人，德國有60萬人患有癲癇。其中約三分之二的人透過藥物治療擺脫了癲癇發作，但對於其餘的人來說，手術是唯一的另一種選擇。儘管手術存在風險，但術後仍有60%的成人和70%的兒童不再癲癇發作。隨著醫生進行越來越多的手術，術前檢查和最終結果正在幫助研究人員更多地瞭解這種疾病和人腦的運作方式。
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多種名稱
當過度興奮的神經元群突然以異常同步的方式放電時，就會發生癲癇發作。合唱從大腦的有限區域——起始區發出。鑑於特魯迪的症狀，診所的專家懷疑她的癲癇發作始於顳葉。果然，放射科醫生在閱讀 MRI 掃描結果時，在左側海馬體——顳葉深處一個 C 形結構——中發現了異常，這似乎是疤痕造成的。早在特魯迪第一次癲癇發作時，微小的結構變化是無法看到的；只有自 20 世紀 90 年代中期高解析度 MRI 技術問世以來，這種損傷才變得清晰可見。
希臘人的聖病、情人節病、墜落病——這種疾病自遠古以來就一直困擾著人類。在癲癇發作期間，受害者似乎在服從一種異己的意志。這就是為什麼癲癇經常被認為具有超自然的原因。古代藏族苯教的信徒認為癲癇患者是天選之人，但古代猶太教和後來的基督教傳統將這種情況視為上帝的懲罰或惡魔的作為。然而，並非所有人都信服。傳說中的希臘醫生希波克拉底在公元前五世紀觀察到，士兵和角鬥士的頭部受傷有時會導致癲癇發作，類似於他自己病人的癲癇發作。他得出結論，是大腦引起了這種疾病，但科學研究直到 20 世紀才取得實質性進展。
今天，醫生區分了 30 多種形式的癲癇。其中最著名的一種是以小發作癲癇為特徵，有時稱為失神性癲癇——持續 10 到 20 秒的輕微發作，在此期間，受害者的眼球可能會向上翻轉，並且不再對刺激做出反應。大發作癲癇具有全身性模式，患者首先失去意識，然後變得僵硬，經常摔倒。手臂和腿部會抽搐和不受控制地抽動，持續長達兩分鐘。至少一半的病例是有症狀的——歸因於腫瘤、外傷或炎症引起的大腦結構異常變化。然而，在其他情況下，無法檢測到此類異常。
一次或幾次隨機癲癇發作並不一定導致癲癇。高燒有時會導致嬰兒抽搐，睡眠不足會引發兒童和青少年癲癇發作。大約 10% 的人一生中至少會經歷一次癲癇發作。我們的大腦主要在部分遺傳的個體發作閾值上有所不同，超過該閾值，神經元群會自發且同步地放電。
驅除惡魔
自從 1924 年神經精神病學家漢斯·伯格開發出腦電圖以來，我們對癲癇發作期間神經元行為的理解顯著提高。固定在頭皮上的電極記錄神經元活動產生的電磁場波動。在現代儀器中，訊號經過電子增強、數字化和儲存。令人印象深刻的是，腦電圖在大發作癲癇開始時會發生怎樣的變化：就在一秒鐘前，像地震儀一樣在圖紙上描繪活動的筆會畫出精細、輕微起伏的線條。突然，一支電極筆跳動起來。然後，在幾秒鐘內，它們都顯示出相同的尖峰和波谷，就像數千個神經元同步放電一樣。這似乎就像一位神經元樂隊指揮突然向管絃樂隊發出指示：“全體一起！”
強烈、有節奏的神經元活動解釋了為什麼患者的行為和體驗會如此突然地改變。症狀取決於癲癇起始區或病灶在大腦中的位置、活動從該病灶擴散的程度以及受累大腦區域的正常功能。一位患者可能幾乎沒有注意到短暫的癲癇發作，而另一位患者則陷入劇烈、無意識的抽搐中。
是什麼決定了神經元何時會同步放電仍然是個謎。過渡階段，例如醒來、放鬆或變得憤怒或緊張，似乎是危險的。有些人對閃爍的光或聲音刺激做出反應。睡眠不足、身體疲憊和酒精都會增加癲癇發作的機會。
患者可以理解地希望不惜一切代價擺脫癲癇。藥物治療是首選方法，目前有十幾種獲批的藥物。幾種新型抗驚厥藥（也稱為抗癲癇藥）正在進行臨床試驗。然而，所有抗驚厥藥都有一個缺點：它們實際上並不能治癒病因。它們只能抑制神經元過度活動，從而預防癲癇發作。因此，患者必須每天服用這些藥片。這些藥物也有輕微到嚴重的副作用，包括體重變化、疲勞和注意力不集中等問題。
存在兩種主要的手術策略：切除術和切斷術。在切除術中，外科醫生試圖切除所有起始區域，但僅限於該區域。當然，前提是存在可以精確定位的單個起始區。如果不是這種情況，則進行切斷術，以斷開似乎一起放電的遠處神經元束。雖然這種手術不能減少癲癇發作的頻率，但它可以防止其擴散，從而最大限度地減輕症狀的強度。
第三種治療方法，於 1997 年獲得美國食品和藥物管理局批准，是迷走神經刺激術。脈衝發生器，很像心臟起搏器，植入胸壁。它發出電訊號，刺激頸部左側的迷走神經。對於某些患者，這種作用可在幾個月後透過研究人員尚未闡明的機制來降低大腦中的過度反應性。然而，只有不到 5% 的患者能夠完全擺脫隨後的癲癇發作。
探查起始區
當前的治療經驗法則是，如果患者在嘗試幾種藥物治療兩到三年後仍然經歷癲癇發作，則應評估其是否適合手術。太多的患者或他們的醫生等待的時間太長，不必要地延長了特魯迪那樣的支離破碎的生活質量。在最初的門診檢查後不久，特魯迪返回波恩診所進行住院治療。
神經心理學家首先進行了一系列心理測試[參見上面的方框]。與許多顳葉癲癇患者一樣，特魯迪顯然患有輕微的語言記憶障礙，已知當癲癇起始區位於左側海馬體時，這種情況更常發生。但是，只有在腦電圖記錄的實際癲癇發作期間才能確定她的癲癇發作是否真的起源於那裡。
因此，特魯迪住進了中心監護病房的私人房間，該病房每天 24 小時用攝像機對著客人[參見第 62 頁和 63 頁的插圖]。她戴著一頂帽子，將電極固定在頭皮上，連線到床邊的腦電圖機。在單獨房間監控影片的技術人員一旦注意到表明癲癇即將發作的蛛絲馬跡，就會立即採取行動。當這種情況發生時，他們會幫助患者並在發作期間進行簡短的行為測試，這使他們能夠更精確地描述癲癇發作的特徵。
特魯迪不必等待太久。她的第一次癲癇發作在僅僅六小時後就點燃了。在最初的兩天裡，又發生了三次。然而，電極軌跡無法使醫生精確定位起始區；他們無法最終確定火花是發生在左側還是右側海馬體。對於某些患者，腦電圖訊號在穿過腦組織和顱骨時會變得過於失真或受到抑制。更好的精度將需要將電極植入顱骨下。
特魯迪毫不猶豫地決定接受手術。外科醫生在顱骨上鑽了兩個小孔，分別位於左右顳葉上方，並將電極幾乎直接放置在大腦皮層上。然後，他們小心地從枕葉以預先計算好的角度將細電極滑入左右顳葉深處，以測量從大腦核心杏仁核一直到海馬體的長度上的活動。
兩天後，特魯迪發生了兩次與之前相同的癲癇發作。每次，癲癇活動都始於左側電極附近的深處區域。所有發現都指向左側海馬體是唯一的起始區。特魯迪是癲癇手術的理想人選。
限制風險
外科醫生向特魯迪解釋說，她很幸運起始區僅限於一側半球的海馬體。在任何情況下都不能切除兩側的海馬體。他們告訴她著名的癲癇患者 H.M. 的案例，他在 1953 年在蒙特利爾神經學研究所切除了兩側的海馬體。雖然這位 27 歲的患者在很大程度上擺脫了癲癇發作，但手術剝奪了他的記憶。H.M. 可以訪問手術前儲存的記憶，但他會在五分鐘內忘記之後的每一次經歷。至少一個功能性海馬體對於我們撰寫正在進行的自傳的能力是不可或缺的。
從 H.M. 時代至今的癲癇患者為科學家提供了重要的知識。植入的電極提供了一個獨特的機會，可以直接即時測量大腦活動——即使是功能性 MRI 也無法做到這一點，因為影像滯後於實際過程幾秒鐘。像許多患者一樣，特魯迪同意在電極植入頭部期間進行一些實驗。她進行了 30 到 40 分鐘的計算機化練習，資料精確地顯示了與特定認知事件相關的大腦活動，例如識別計算機螢幕上出現的單詞。根據這些實驗，波恩的研究人員此後解釋了哪些大腦區域參與其中，以及在我們感知一個單詞以及稍後回憶起該單詞時的順序——這可能有助於理解語言障礙。
為了最大限度地降低神經損傷的風險，神經外科醫生會盡可能少地切除腦組織。今天，沒有人會像多年前的醫生那樣切除三分之二的顳葉。更常見的是將切除範圍限制在一側的杏仁核和海馬體，而讓該半球顳葉的其餘部分保持不動。波恩的醫生建議特魯迪進行這種形式的手術。
已經為許多型別的癲癇制定了這種標準化的手術程式。但是，如果起始區位於額葉或頂葉，則很難預測手術是否會損害對運動功能和言語至關重要的區域，以及其他能力。在這些情況下，醫生會在術前診斷檢查期間植入電極。電極記錄癲癇性腦活動，但也允許外科醫生對特定腦組織施加電脈衝。此程式基本上模擬了計劃手術的後果。神經科醫生將系統地用各種強度和頻率的電流啟用每個電極，同時要求患者執行某些動作，例如大聲數數。
例如，刺激運動區域可能會導致患者的手指開始抽搐，而脈衝刺激聯合皮層通常會導致言語障礙。可能會發生更罕見的現象，例如強烈的情緒或突然閃回到久遠的記憶。在一個著名的案例中，一位女士開始歇斯底里地大笑，告訴醫生他們太滑稽了，就因為他們站在她周圍的方式。視覺和空間感知的變化也可能很迷人。一位患者，其神經科醫生正在檢查頂葉的角回，突然感覺自己漂浮在床上，觀察自己躺在那裡——一種出體體驗。她的反應表明，也許，超自然體驗源於奇怪的大腦過程。
在手術前進行這種刺激的主要目的是建立個體大腦的功能圖，這將指導外科醫生決定切割或切除多少組織以及切除哪些組織。
手術日
特魯迪的手術日期終於到了。神經外科醫生需要半個小時才能穿過分隔顳葉和額葉的大裂隙，到達左顳葉深處。他們以特魯迪大腦的 MRI 圖片和放大手術視野的顯微鏡為指導。重要的是儘可能少地損傷血管，並對組織施加最小的壓力。下一步是小心地切除左半球的杏仁核和海馬體。手術耗時四個小時。
術前，特魯迪同意可以將從她大腦中取出的組織用於研究。一旦取出，立即將其放入營養液中，以便電生理學家即使在 20 到 30 小時後也能對其進行測試；不過，考慮到有機會研究活神經元，這些神經元不久前還在人腦中執行實際功能，因此大部分工作將立即進行。研究人員希望深入瞭解是什麼導致數千個神經元同步放電。
神經病理學家發現某些下海馬體區域的神經細胞數量明顯減少，證實了疑似疤痕。他們還在單個神經細胞中發現了一種特殊性：比正常比例更大的比例自發地表現出所謂的爆發放電——以異常快的速度連續發射三個動作電位。這種放電傾向可能由多種原因引起，例如細胞膜中離子通道或神經遞質受體的變化。這些特殊性可能是由損傷或遺傳引起的。
特魯迪術後恢復迅速。最初，她的癲癇發作似乎已經停止，她對此感到非常高興。儘管如此，她知道由於多年治療不足，她已經存在的語言記憶缺陷可能會惡化。需要更多時間來評估永久性的好壞變化。但特魯迪很樂觀。她的個人生活和工作生活應該會更輕鬆。她也不太可能像被詛咒一樣受到社會排斥。
我們其他人都要感謝像特魯迪這樣的癲癇患者，他們在自己焦慮的醫療磨難中，無私地參與研究，幫助科學家——並最終幫助我們所有人——更好地瞭解人腦。社會可以提供的最好的感謝回報將是對患有這種疾病的人們給予更多的理解和接納。