這一切始於十多年前，當時工程師和業餘愛好者開始對一種據稱可以增強大腦功能的臨時拼湊的電子技術著迷。這場運動仍在發展，大腦刺激器不再只是年輕的 гараж 修補匠——現在他們包括花費數百美元購買高階可穿戴系統的資深專業人士。隨著科學家、臨床醫生和行業領導者研究這些引人入勝但備受爭議的思維改變實踐，一件事是明確的：在家中舒適地對頭皮施加電流以促進學習或治療疾病的想法正在獲得關注。但這真的有效嗎？
這種嘗試進行大腦駭客攻擊的形式——稱為經顱直流電刺激 (tDCS)——並不像聽起來那麼牽強。大腦依靠電力運作。腦細胞積聚電荷，推動化學訊號穿過突觸，即神經元之間微小的間隙。當我們學習新事物時，相關的突觸會變得更容易放電，而 tDCS 據說可以增強這個過程。tDCS 使用的微小電流——通常為一到兩毫安——實際上無法觸發穿過突觸的化學脈衝，但一些研究人員認為 tDCS 可以加強突觸連線，從而提高學習效率。小型實驗室研究表明，它可以提高警覺性和反應時間。紐約城市學院生物醫學工程教授馬羅姆·比克森認為，透過將 tDCS 與傳統訓練相結合，“您可以獲得更多回報”。
非侵入性腦刺激運動的興起源於 2000 年德國神經生理學家邁克爾·尼切和沃爾特·保盧斯發表的一篇論文。在一項針對健康二十多歲年輕人的小型研究中，科學家們表明，他們可以透過向大腦運動皮層傳送微弱電流來使神經元更興奮或更不興奮。刺激效果在刺激後持續了幾分鐘。此前，tDCS 僅在動物身上進行過研究。
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2003 年的一項後續研究表明，這種刺激可以提高心理學家稱之為運動序列學習的認知能力——即訓練大腦以精確的順序步驟與世界互動的過程，例如傾聽或執行動作。哈佛醫學院和美國國立衛生研究院的幾個實驗室注意到了這些發現，並進行了研究，表明 tDCS 在中風康復和慢性疼痛方面具有前景。
正是在 2006 年，佈雷特·溫蓋爾開始關注這個領域。溫蓋爾接受過醫療裝置方面的培訓，曾擔任 NeuroPace 的首席生物醫學工程師，這是一家矽谷公司，生產旨在幫助控制癲癇的大腦植入物。他還致力於治療叢集性頭痛和帕金森病患者的運動症狀的大腦刺激器。“他們可能會喪失能力，但你開啟刺激器，一切都消失了。這太神奇了，”溫蓋爾說。但他指出，這些裝置“僅與患有相對嚴重疾病的患者相關。它們是外科植入物。”
溫蓋爾夢想使用神經技術來幫助更多患者——甚至可能是健康人。他很高興看到新的 tDCS 研究，但許多研究“是用黃色海綿、捲尺和頭帶完成的，”他說。現在似乎是時候考慮將產品設計原則引入他所謂的“人們可以從盒子裡取出並使用的合法消費品”了。
隨著科學家們詳細闡述 tDCS 工作原理的可能機制，更多計劃開始成形。在 2009 年發表的一系列電生理學實驗中，比克森和他的同事證明，溫和的電場可以同步神經網路中的活動。這些見解啟發了溫蓋爾和其他研究人員致力於將 tDCS 定位到特定的大腦區域。
自 2000 年尼切和保盧斯的研究以來，研究人員已經發表了 4,000 多篇關於 tDCS 的科學論文——其中三分之一是在過去兩年發表的。在醫療領域，一些研究表明，腦刺激可能有助於治療神經性疼痛、抑鬱症、精神分裂症和一系列其他精神疾病患者。目前，tDCS 在美國仍處於醫療用途的試驗階段，儘管在歐洲，此類裝置已獲准用於治療疼痛和抑鬱症。clinicaltrials.gov 資料庫中列出了 800 多項 tDCS 研究，該資料庫跟蹤正在進行的藥物療法或醫療裝置試驗。在一項小型研究中，tDCS 似乎增強了正念冥想中的情緒效應，一項正在進行的臨床試驗正在評估 tDCS 是否可以幫助減緩老年人與計算機化訓練方案相結合時的認知能力下降。
此外，越來越多的研究正在健康人身上測試 tDCS，表明它可以提高工作記憶、注意力和決策能力，以及激發創造力。美國國防部資助的一項 2012 年的研究表明，tDCS 可能會提高警覺性，使參與者在模糊影像中發現炸彈、狙擊手和其他威脅的速度提高一倍。此後，另外四個實驗室表明，這項技術可以增強學習能力——“這是少數幾個在不同機構之間得到重複驗證的 tDCS 效果之一，”認知神經科學家兼 2012 年論文的第一作者文森特·克拉克說。克拉克是新墨西哥大學心理臨床神經科學中心主任。
關於 tDCS 的大量學術文獻引發了相應的媒體文章浪潮，聲稱對大腦的刺激可以提高記憶力、提高數學技能並“激發你的天才”。《醫學倫理雜誌》上的一篇文章稱 tDCS 為“人類神經科學的瑞士軍刀”。隨著 tDCS 潛力的訊息傳到公眾，家庭使用者已經在網路空間中聚集。2011 年，tDCS 使用者建立了一個 Reddit 論壇，並在次年啟動了一個部落格。成千上萬的家庭使用者訪問這些網站，討論科學論文、釋出操作影片，並提出諸如電極放置位置和刺激時長等問題。Reddit 論壇的訂閱者在過去五年中從 2,500 人增加到約 11,000 人。
2013 年，首款消費級 tDCS 可穿戴裝置——遊戲玩家耳機——出現在市場上。從那時起，十幾家公司開始銷售 tDCS 產品。一些公司提供 40 美元的套件，其中包含客戶在家組裝的電線、電極和頭帶。另一方面，溫蓋爾於 2013 年共同創立的舊金山公司 Halo Neuroscience 銷售 500 美元的頭戴裝置，目標客戶是精英運動員。該裝置刺激運動皮層，並承諾在與鍛鍊相結合時“增強力量、爆發力、耐力和技能”。Caputron 公司成立於 2014 年，也銷售一系列醫療級消費級腦刺激裝置。該公司在 2015 年分銷了超過 10,000 件 tDCS 產品，在 2016 年分銷了超過 20,000 件。
大多數消費級 tDCS 裝置並非以臨床為目的銷售，而是用於休閒和認知增強。所有消費級套件均未經過藥物或醫療裝置獲得美國食品和藥物管理局批准所必須經過的嚴格測試流程，購買者只能相信製造商聲稱其產品可用於預期用途。而預期用途可能含糊不清。例如，當公司聲稱其 tDCS 裝置“提高注意力”或“增強大腦功能”時，很難確定此類儀器是否屬於 FDA 的管轄範圍，賓夕法尼亞大學的博士後學生安娜·韋克斯勒說，她研究神經技術的倫理、法律和社會影響。該機構將醫療裝置定義為“旨在影響身體結構或任何功能的儀器”，她說。“製造商營銷產品的方式決定了監管途徑，”韋克斯勒補充道，他曾在 2015 年的《醫學倫理雜誌》論文中探討過其中一些問題。增強宣告引起了科學家的懷疑，促使人們進行了更多受控的實驗室研究。在 2016 年 3 月發表的一項實驗中，荷蘭的一個研究團隊報告稱，商用 tDCS 耳機實際上使參與者在一項成熟的工作記憶測試中變得不太準確。
儘管功效宣告存在不確定性，但人們對 tDCS 作為最佳化心理功能的工具的興趣仍然存在。這些裝置體積小，而且似乎相對安全。比克森和他的同事在 2016 年秋季調查了關於 tDCS 人體試驗的文獻，報告稱，在超過 33,200 次療程以及 1,000 名重複療程的受試者中，傳統使用沒有造成嚴重的 adverse effects。
評估該技術效果如何的一個主要問題是，絕大多數研究使用腦刺激的目的與家庭 tDCS 使用者不同。將家庭使用與尼切及其同事撰寫的 2000 年開創性論文進行對比，該論文測試了非侵入性腦刺激是否可以幫助中風患者恢復運動能力。“我們只想知道我們是否可以改變運動表現，”尼切說。“我們的問題不是，‘刺激方案是否能誘導最大程度的效能？’” 另一方面，家庭 tDCS 使用者對進行新的科學發現並不特別感興趣，韋克斯勒說。“他們對自我提升感興趣。”
這種對增強的追求可能會導致不良後果。2016 年，研究 tDCS 的臨床醫生和科學家在《神經病學年鑑》上發表了一篇社論，警告可能產生不良影響。例如，刺激一個大腦區域可能有助於某人學習新材料——但會損害處理已學材料的能力。大腦活動的變化可能比使用者預期的持續時間更長，或者可能超出電極下方的區域。此外，tDCS 的效果因人而異，並且會隨著過程中的微小變化而變化。在放置電極時，“即使只有幾釐米的差異也足以改變效果，”克拉克說。“刺激時長、電流強度——是兩毫安還是一毫安，還是介於兩者之間的某個值——所有這些都很重要。” 遺傳、年齡和顱骨厚度似乎也會影響反應。醫療用途的技術規範尚未明確界定，更不用說認知增強的引數了。
在比克森幫助組織的 2017 年夏季紐約市會議上，tDCS 研究人員和供應商會面，討論該技術的潛力，以及圍繞該技術和其他形式的神經調節的擔憂。2018 年，該小組釋出了一份報告，以幫助消費者就購買和使用這些裝置做出明智的決定。“現在消費者有點困惑。他們看到一個 20 美元的裝置，也看到一個 700 美元的裝置，”比克森說。“他們可能沒有足夠的資訊來理解為什麼 700 美元的裝置對他們來說價值更高。”
看起來 tDCS 僅僅是個開始。除了對頭皮施加直流電外，大腦駭客研究人員和 DIY 愛好者還在嘗試其他方法，包括交流電和隨機噪聲刺激。這些方法有一天可能會補充更成熟的非侵入性醫療技術，例如磁刺激和超聲波，以影響大腦功能和行為。經顱直流電刺激，克拉克說，“只是冰山一角。”