去年，當醫生告訴一位患者，他所經歷的頭痛是由於一種高度侵襲性的腦腫瘤（稱為膠質母細胞瘤）引起的，這種腫瘤只能透過複雜的手術切除時，他提出了一個非常具體的要求。
他希望那些將要從他大腦中（從頭部左側後方區域）切除癌組織的人確保“保留他身份的一個重要方面——他下國際象棋的能力”，本月在《皮質》(Cortex) 雜誌上發表的一篇論文報道。
這位當時 45 歲的計算機程式設計師僅被標識為“AB”。他以業餘愛好下棋 25 年，並獲得了 1950 分的 Elo 等級分，這在國際象棋界僅比專家級低一個等級。
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AB 向他的外科醫生之一、西班牙貝利維治大學醫院神經外科主任安德魯·加巴羅斯提出了保留他的國際象棋技能的要求，該醫院隸屬於巴塞羅那大學。加巴羅斯以竭誠為患者服務而聞名，這種奉獻精神有時會延續到他的工作之外的活動中。作為名為 Dorigen 樂隊的領導者，他錄製了一張包含 10 首曲目的專輯——一首合唱曲和九首獨唱歌曲。後者的每一首都是為一位不同的患者創作的，他曾從這些患者身上切除腦腫瘤，同時努力保護他們唱歌或演奏樂器所需的區域。
聽到 AB 的請求後，加巴羅斯於 2023 年 3 月初聯絡了他在大學的神經科學家同事。他詢問他們是否可以制定一項計劃，在手術前後對 AB 的大腦進行繪製，這將有助於他的外科手術團隊保留 AB 恢復後重拾愛好所需的大腦組織。
大學裡的兩位研究人員（認知神經科學家安東尼·羅德里格斯-福內爾斯領導的小組的成員）在隨後的幾周內開始了瘋狂衝刺，以開發一種國際象棋保護性手術方案，供加巴羅斯的團隊在 3 月 27 日的手術中使用。“我們只有少量時間來準備一切，”羅德里格斯-福內爾斯說。
該團隊梳理了關於該主題的現有科學文獻，並使用功能性磁共振成像 (fMRI) 掃描了 AB 的大腦，以分離出與他個人國際象棋表現相關的區域。“我開始查閱文獻，尋找如何將國際象棋分解為更易於在手術期間評估的認知過程，”研究人員之一維克多·塞佩羅-埃斯克裡巴諾說。
AB 的國際象棋大腦保護的最關鍵階段——也是結果最有啟發性的階段——必須等到手術本身開始時。外科醫生進行了開顱手術，切除了一塊顱骨，在 AB 清醒時暴露了他左側頂上葉的一部分。接下來，他們將帶電電極接觸他大腦皮層表面的不同部位，要求他回答問題並完成任務，以確定他的認知能力是否在目標部位保持完好，電流會在目標部位關閉或觸發特定動作。
這個稱為電刺激繪圖 (ESM) 的程式，其根源可以追溯到 19 世紀的實驗。它可以記錄輕微的電擊是否會損害語言或產生無意的運動（例如，AB 的嘴角側向抽搐）。這讓外科醫生找到了他們需要避開的部位——例如那些與 AB 的三種語言（西班牙語、加泰羅尼亞語和英語）相關的部位。當這些部位與電極接觸時，言語會發生改變或完全停止。
隨著這個細緻的過程的進行，外科醫生還在暴露的皮層部分施加電流，以尋找與國際象棋相關的區域，最終找到了 AB 的緣上回 (SMG)，這是一個在大範圍任務中發揮作用的大腦區域，從語言到記憶再到規則處理。當電極多次阻斷該區域的神經活動時，AB 在看到棋盤上棋子的影像時，無法判斷指示的下一步棋是否可行；這揭示了皮層中一個與國際象棋相關的點，在之前對其他棋手的腦成像研究中沒有發現。這一發現被記錄下來並納入手術計劃。“這是該程式的主要目的：能夠檢測到這個點並避開它，”該研究的合著者之一，計算機科學家西姆·塞爾達-康帕尼說。
術後一週，由於出血併發症，AB 經歷了嚴重的語言和運動障礙，因此無法測試他的國際象棋技能是否完好無損。四個月後，當研究人員最終可以進行這項評估時，他的能力仍然存在——但在他們測試的一些更復雜的國際象棋相關任務中，他的反應略有放緩。
這項研究只涉及一位患者，這使得很難從結果中進行概括。但這確實展示了一種新的方法，可以應對在儘可能多地切除腫瘤組織的同時保留認知技能的挑戰。正如《皮質》論文指出的那樣，實驗方案有助於“識別和保護參與國際象棋表現的功能性大腦結構”。
羅德里格斯-福內爾斯的團隊現在正在準備另一篇關於早期手術的論文，該手術使用了類似的方法——這次旨在保護計算機程式設計技能。“我們與神經外科醫生和團隊一起，開發了一種新的方案，用於在手術室中使用 JavaScript 測試編碼語言，”羅德里格斯-福內爾斯說。
其他專家對此很感興趣。荷蘭格羅寧根大學神經語言學助理教授阿德里亞·羅菲斯沒有參與《皮質》研究，他說這項工作“在某種程度上超越了我們在一些媒體，甚至在一些科學出版物中看到的方法，在這些方法中，手術團隊似乎‘拋給’患者任務——例如，拉小提琴或唱歌劇。”羅菲斯說，巴塞羅那大學的團隊更進一步。“將任務分解為功能[視覺搜尋、規則檢索和將死]對於理解電刺激在手術期間究竟起什麼作用至關重要，”他補充道。
另一種觀點質疑，透過將特定的大腦區域與特定的任務（例如下國際象棋或計算機程式設計）聯絡起來，為手術做準備是否可能矯枉過正。“有人會要求繼續能夠編織，另一些人會要求能夠拉小提琴，等等，”巴黎西岱大學神經外科教授伊曼紐爾·曼多內特在法國說。“因此，這不是最佳策略，因為您將不得不為像國際象棋這樣的任務發明特定於每個患者的方案。”曼多內特是《皮質》論文的審稿人之一，並且對清醒患者進行了多次手術。
曼多內特建議，在清醒手術期間，簡單地要求患者執行一套精心挑選的標準認知任務（例如，倒序重複一串六個數字）可能就足以識別在手術期間需要避開的區域。在國際象棋手術方案中檢查的視覺搜尋能力可能與編織等其他任務共享一些相同的神經過程。但曼多內特承認，可能存在例外情況。一個相對複雜的任務，例如檢索關於特定國際象棋走法是否合法的規則，可能不適合更通用的方法。
曼多內特指出蒙彼利埃大學醫院的研究人員今年在《神經外科焦點》上發表的一項研究。研究發現，讓音樂家患者在清醒手術期間演奏樂器對於保留與患者音樂技能相關的區域是不必要的。相反，研究人員讓患者同時做幾件事：移動上肢，同時說話，並在三種不同的語言之間切換。該論文的結論是，這些任務招募了運動、聽覺和其他認知過程，這些過程在演奏樂器時也會被啟用——並且避免在手術期間損傷相關區域就足以防止損害音樂家的歌唱或演奏能力。
無論下國際象棋是否成為某些清醒手術的常規做法，《皮質》研究確實達到了其主要目標之一。在 AB 手術後，他向羅德里格斯-福內爾斯的團隊報告說，他已經能夠保持他夢寐以求的 Elo 等級分——這種成就可能會激勵加巴羅斯創作一首新歌。