于是，我们自然而然地将生命与化学联系起来。生物建立在化学的基础上，所以我们理所当然地把身体的器官看作“化学器官”。

虽然同为器官，大脑却偏要与众不同。大脑不仅可以被看作是“化学器官”，还可以是一个“电器官”。 

图源 mayoclinic

1.   大脑，一个“电器官”

为什么说大脑是“电器官”呢？这就要从构成大脑的最基本的单元来讲起了。大家应该都曾在生命科学课上学到过，构成生命最基本的单位是细胞。这个细胞在脑科学界得到了另一个洋气的名字，叫做神经元（neuron）。

我们每个人的大脑都是由一万亿（即一兆）的神经元组成的。与普通细胞不同，这些神经元每时每刻传递的不仅是化学物质，还有电信号。这说明了，如果我们想要改变大脑，除了可以通过吃药改变大脑内的化学物质运输，还可以直接改变大脑的电流。

这听上去可能有点匪夷所思，而电信号其实已经是神经科学家们的老朋友了。我们最熟悉的脑电图，就是通过记录大脑的电信号来检测大脑的状态；在实验室中，科学家们可以记录一群神经元乃至单个神经元的电流活动。既然我们可以检测这些电信号，那么也就可以调节，操控这些电信号。

科学家在实验室 | 图源 actionsciencetheatre

2.   操控大脑电信号：经颅磁刺激

经颅磁刺激（transcranialmagnetic stimulus,TMS）就是一种无侵略性刺激大脑，改变神经元电信号的方式[1]。通过改变大脑皮质层的电流，经颅磁刺激就像一个“重置”开关，能让病态的大脑恢复到正常状态（皮质层是大脑最外面的一层细胞）。

因此，经颅磁刺激是一个极具医用价值的科技。目前，它已经被批准用于治疗重度抑郁症，除此之外，许多研究表明它还有可能在未来被批准用于攻克戒除物质成瘾的难题（包括毒品，酒精，烟草等）[4]。

3.   经颅磁刺激如何“重置”大脑？

经颅磁刺激的基础是电磁感应定律。简要概括电磁感应定律就是“电生磁，磁生电”。电线圈在接通电流后，会产生磁场，这个磁场又可以相继在神经元细胞中引起电流。通过控制线圈中电流的强度，就可以控制磁场强度，从而使大脑的特定脑区兴奋或被抑制[2]。、

大脑上方灰色的8字形内部就是电线圈，红色的虚线就是当线圈通电时产生的磁场 | [4]

举个例子，当我们低强度地刺激负责视觉的枕叶（occipital lobe）时，参与者会出现短暂的视盲；而当刺激强度变大，参与者会感受到压眼闪光现象（即当眼睛被压到的时候会出现的短暂闪光）[3]。

经颅磁刺激对于运动同样也会产生影响，当参与者在即将要自发做出运动前受到强刺激时，他们的动作会有延后，磁刺激就像一个短暂的刹车，使他们的动作出现延迟[5]。

既然经颅磁刺激可以对我们的行为和感官产生影响，那么它是否也可以对于“病态”的大脑产生积极治疗作用呢？单单一个脉冲，只能对大脑产生十分短暂的影响，所以显然是不够的，于是科学家们发明了重复性 TMS/rTMS ，它可以延长TMS 产生影响的时间，相对长时间地改变大脑。

箭头所指的大批红色区域就是皮质层，枕叶所在位置就是后脑勺 | brainmadesimple.com

4.   神奇的 rTMS 如何起到治疗作用？

当多个脉冲连续产生刺激时，就形成了 rTMS 。不同频率的脉冲刺激相同的脑区会产生不同的影响。普遍来说，小于等于 1 赫兹的低频脉冲可以减少神经元活动和大脑皮质层的兴奋，使大脑“冷静下来”；而高频率的脉冲则可以产生相反的作用，让大脑“兴奋起来”[4]。

因为 rTMS 既可以让目标脑区“兴奋”也可以让其“冷静”，所以它就能更正脑区的异常活动。简单来说， rTMS 的治疗原理就是让太兴奋的脑区安静下来，让太死板的脑区活跃起来。我们只要知道在某个疾病中，哪个脑区的活动不正常，然后用 rTMS 使这个脑区的活跃度恢复到正常水平就可以了。

5.    rTMS 对于物质成瘾的治疗

现有的精神疾病治疗方式是非常有限的。药物治疗仍然是首选的治疗方案，然而长期的药物治疗对于“化学大脑”的安全性一直以来饱受质疑。尤其是最具毁灭性的物质成瘾（毒品成瘾，烟瘾，酒瘾都属于物质成瘾），治疗手段非常有限，效果也是不如人意[6]。在这样的情况下，科学家们改换了一种新的治疗思路。从大脑作为“电器官”的本质入手，通过改变神经元电信号，来使大脑活动恢复正常。

rTMS 相较于普通药物治疗更加安全可靠，副作用小。大量实验表明， rTMS 治疗唯一可能产生的副作用，是在磁刺激时出现的短暂头痛和头皮不适[4]。  rTMS  对于物质成瘾的治疗效果也得到了许多研究的肯定。研究表明，rTMS 治疗可以有效减少可卡因，尼古丁，酒精成瘾者对上瘾物质的渴求（craving）与摄入[7]。

那么 rTMS 具体刺激哪块脑区可以使上瘾者减少对物质的渴求感呢？

答案就是图中蓝色区域。这个区域叫做背外侧前额叶皮质（dlPFC,dorsolateral prefrontalcortex）。当一个药物成瘾者看到有关于他/她所上瘾物质的提示时，这个区域会变得异常活跃。

举个例子，当一个喝酒成瘾的人在地铁上看到了一个啤酒广告，那么这个啤酒广告就是一个提示。这个提示会使背外侧前额叶皮质的神经元极其兴奋，兴奋的神经元不停传送电信号，告诉酒精成瘾者：“快去喝酒！你需要酒精！”所以，背外侧前额叶皮质的异常兴奋活动推动了成瘾者不断寻找上瘾物质。

既然知道了异常活动的脑区，我们就可以用 rTMS 刺激这个脑区，使它的兴奋减弱，恢复正常活动。这样的推断也得到了实验的证实。实验中，当科学家们用低频率的 rTMS 刺激成瘾者的背外侧前额叶皮质区时（与刺激后一段时间），这个脑区的活动会减少，从而，对于成瘾物质的渴求感也会减少[9]。

尽管治疗效果明显，但 rTMS 最大的弊端是效果持续性短。在一项持续两周的 rTMS 治疗中，尼古丁成瘾者仅在治疗期间减少了渴求感，在治疗结束后的两周内，效果渐渐消失[10]。逐渐失去的效果不仅适用于尼古丁成瘾，而是普遍存在在各种精神疾病的 rTMS 治疗中。因此，科学家们认为，长期与多脉冲的 rTMS 治疗，可能会产生更好的治疗效果[11]。

目前， rTMS 对于物质上瘾的治疗还只是在初始阶段。但实验结果仍然让科学家们对 rTMS 在未来对于物质成瘾的治疗充满期待。

相信在不久的将来， rTMS 就可以被批准成为物质成瘾的治疗，帮助上瘾者早日摆脱毒品，烟草，酒精，恢复正常的生活。 

参考文献：

[1]Hallett, M.(2007). Transcranial magnetic stimulation: a primer. Neuron, 55(2), 187-199.

[2]Hallett,M.(2000).Transcranialmagnetic stimulation and the human brain. Nature, 406(6792), 147.

[3]Amassian, V. E., Cracco, R. Q., Maccabee, P. J., Cracco, J. B., Rudell,A., & Eberle, L. (1989). Suppression of visual perception by magnetic coilstimulation of human occipital cortex. Electroencephalography andClinical Neurophysiology/Evoked Potentials Section, 74(6), 458-462.

[4]Gorelick, D. A., Zangen, A., &George, M. S. (2014). Transcranial magnetic stimulation (TMS) in the treatmentof substance addiction. Annals of the New York Academy of Sciences, 1327(1), 79.

[5]Day, B. L., Rothwell, J. C.,Thompson, P. D., De Noordhout, A. M., Nakashima, K., Shannon, K., &Marsden, C. D. (1989). Delay in the execution of voluntary movement by electricalor magnetic brain stimulation in intact man: Evicence for the storage of motorprograms in the brain. Brain, 112(3), 649-663.

[6]O'Brien, C. P. (2011). Evidence-basedtreatments of addiction. Focus, 9(1), 107-117.

[7]Bellamoli, E., Manganotti, P., Schwartz, R. P., Rimondo, C., Gomma, M.,& Serpelloni, G. (2014). rTMS in the treatment of drug addiction: an updateabout human studies. Behavioural neurology, 2014.

[8]George, O., & Koob, G. F. (2013).Control of craving by the prefrontal cortex. Proceedings of the NationalAcademy of Sciences, 110(11), 4165-4166.

[9]Martin, L., Borckardt, J. J., Reeves,S. T., Frohman, H., Beam, W., Nahas, Z., ... & George, M. (2013). A pilotfunctional MRI study of the effects of prefrontal rTMS on pain perception. Pain Medicine, 14(7), 999-1009.

[10]Amiaz, R., Levy, D., Vainiger, D., Grunhaus, L., & Zangen, A.(2009). Repeated high‐frequency transcranial magneticstimulation over the dorsolateral prefrontal cortex reduces cigarette cravingand consumption. Addiction, 104(4), 653-660.

[11]Mantovani, A., Pavlicova, M., Avery,D., Nahas, Z., McDonald, W. M., Wajdik, C. D., ... & Lisanby, S. H. (2012).LONG‐TERM EFFICACY OF REPEATED DAILY PREFRONTAL TRANSCRANIAL MAGNETICSTIMULATION (TMS) IN TREATMNT‐RESISTANT DEPRESSION. Depression and anxiety, 29(10), 883-890.

酷炫脑作者： 祝晨希