第9章 近在眼前：我们能通过技术手段保护甚至增强脑力吗
近在眼前：我们能通过技术手段保护甚至增强脑力吗
人类这种生物，总是愿意为了变美而不遗余力。在全球范围内，我们每年花费1800亿美元购买化妆品。2014年，美国整形外科医生协会为超过25万名妇女做了植入隆胸手术，从中赚取了超过10亿美元。那么，我们对增强脑功能的欲望也有这么强烈吗？
如果只需按一下按钮、吞一颗药丸，或者挨一下电击，就能提高智商、增强动力或魅力，会怎么样呢？多年以来，类似的想法一直是一些伟大科幻小说的情节基础。在这一章中，我们将探讨它们距离现实有多近。
我们也会思考，此时此刻，作用于人脑的是什么样的进化力量。我们知道，人脑在数千年前达到了物理上的峰值，此后就开始了萎缩，那未来还会如何变化呢？隆胸手术的风靡可以说明，性选择不完全取决于潜在伴侣的脑有多大吸引力，因此，脑的进步几乎不存在进化压力。然而，在人脑成长、工作与适应的环境里，许多方面都会迅速改变，例如那些开始逐渐控制我们工作与休闲时间的屏幕。因此，我们不仅可以预测科学技术将使人脑的哪方面变得更好，还可以预测它未来可能不再需要哪些部分。
聪明药从聪明药开始无疑是最合适的选择。聪明药，有时也可以称为促智药（nootropics），不是一种单一的药物，任何被认为可以改善认知功能的处方药、非处方药甚至未经检验的草药补充剂都可以冠上这个名字。2011年的热映电影《永无止境》（Limitless）的主题很奇妙，它试图探讨一种真正有效的促智药会给我们的世界带来什么样的可能性和挑战。影片虚构了一种促智药NZT-48，让布莱德利·库珀（Bradley Cooper）饰演的角色脑中释放出巨大的未经使用的能力，把他从一个苦苦挣扎的作家变成在股市上赚取数百万美元的美国参议院议员。然而，伴随着物质上的成功，这种药物也带来了风险：许多服用它的人由于副作用而死亡或住院；为了获得药物，主角不得不走上一条大多数人会觉得有道德问题的道路。这部电影并没有说明NZT-48是否影响他的长期健康，但它似乎使他的生活更加充实，当然也更加危险。最关键的是，这种药物是非法的、秘密的，只有少数人能买到。无论库珀选择做什么，这种药物都赋予了他强大的竞争优势，但库珀也面临着后勤保障问题，即如何获得安全持续的药物供应。
《永无止境》是个伟大的故事。而它有多接近现实呢？它当然说明了许多现实伦理问题，这些问题与开发认知增强药物相关，包括为了增强脑功能，人们可以接受哪些副作用；如何管理药物，使其对社会的总体影响保持积极与公正。在科幻小说领域里，NZT-48的有效性设定非常重要。目前，现实中还没有任何药物的效果能与之媲美。
我们对聪明药的模样有着越来越深的理解，对它们的作用原理开始有了些许认识。已经有一些药物能够起到一定作用，例如，治疗阿尔茨海默病的处方药物，可以在一两年内改善大多数患者的记忆和其他认知功能。这种疗法通过增强神经递质乙酰胆碱发挥作用，对因疾病而扭曲的机制之一进行补偿。健康的年轻人脑中不缺乏乙酰胆碱，服用这些药物对提高认知功能并无太大作用。因此，这些类型的药物不具备改天换地的革命效果，也就不可能成为《永无止境》的剧情基础。
人们希望能通过一组处方药获得认知上的竞争优势，但这种药物本来是用于治疗注意力缺陷多动障碍的。注意力缺陷多动障碍是一种脑发育障碍，可严重影响一个人的学习和工作表现，以及他们的社会和家庭关系。一类似乎对注意力缺陷多动障碍患者有帮助的药物是苯丙胺类兴奋剂，例如哌甲酯（通常以利他林品牌出售）。对于多动症患者而言，这些药物的作用是让前额皮质的神经元获得更多的神经递质（去甲肾上腺素和多巴胺），激活前额皮质、影响认知的部位和活动不足的部位。
有证据表明，通过服用这些药物，没有注意力缺陷多动障碍症状的人也能在认知层面获得一些好处。控制性研究测试了一小部分健康的志愿者，让他们一天服用治疗注意力缺陷多动障碍的药物，另一天服用无用的安慰剂，发现即使对于没有注意力缺陷多动障碍的人，哌甲酯也能对记忆力起到一点促进作用，其中一部分人甚至能改善其他认知方面的问题。
你可能会觉得这听起来非常棒，但就没什么坏处吗？嗯，许多兴奋剂类药物会使人上瘾，对身体有全面的影响，例如会令血压和心率上升，睡眠和食欲下降。这些副作用可能严重危害健康，尤其是在药物使用频繁而又缺乏医疗监督的情况下。因此，它们在认知增强剂中的明星地位，已经一定程度上被副作用少的药物所取代。一种叫莫达非尼（modafinil）的药物大约是眼下最流行的，它和兴奋剂有一些共同的特性，最初被用于帮助睡眠障碍患者保持清醒警觉。它以一种更微妙的方式作用于脑，生效的化学部位与可卡因相同，方式却并不一样，这意味着上瘾的可能性要低得多。由于很少有人报告服用莫达非尼出现了副作用，因此在大多数国家，这种药物的法律限制都相对宽松。
据估计，合法出售的莫达非尼大约90%是医生开出的处方，却没有用在治疗睡眠障碍上。莫达非尼治疗睡眠障碍已经过美国食品和药物管理局（FDA）等监管部门正式测试和批准。除此之外，它还被用于治疗由疾病或其他药物引起的疲劳和药物镇静症状，被军队和其他政府机构用来在长期战斗或执行任务时保持人员警惕，以及被学生和其他人用来提高认知能力、获得竞争优势。用来促智的莫达非尼及其他处方药的非处方（非法）销售市场很大：对美国和欧洲大学生的调查报告显示，去年有10%至20%的学生使用过此类药物。
据报道，莫达非尼有两种不同的益处，可以解释它为什么能在没有睡眠相关认知障碍的人群中流行。首先，它似乎增加了人们在完成一些乏味任务时获得的快乐，比如屈膝下跪，或是为考试而学习。第二，人们倾向于在一些更高层次的认知功能上表现得更好，比如工作记忆、计划、抑制不适当或冲动反应的能力。药物带来的影响通常很小。但是，认知、警觉性或坚持完成相对无聊任务的能力哪怕只是稍有提高，也会对很多人产生功能上的巨大益处：夜夜笙歌的学生、任务重复但必须确保安全的工人，甚至是最优秀的外科医生、空中交通管制员和军事指挥官……疲劳和认知受损可能对他们产生致命后果。
在阿尔茨海默病和多动症的例子中，药物都是通过纠正神经化学失衡来起作用的：患者的脑的某些化学功能低于最佳状态，而药物则纠正了这一点。对于莫达非尼来说，健康人服用它产生的很多益处，可能与增强动机或集中注意力有关，而不是真的能提升智力。尚不清楚的是，目前是否存在任何药物能改善已经处于最佳功能状态的人的认知——也就是说，对于那些神经化学没有缺陷、没有睡眠剥夺、也不感到无聊或疲劳的人而言，我们目前仍不知道药物是否能让他们的认知水平更上一层楼。事实上，感到疲劳或注意力不集中时，大多数人已经使用了认知增强剂来提高认知水平——如咖啡因。像其他兴奋剂一样，过度使用咖啡因会引起神经过敏、心悸和睡眠问题，但是与所有这些新型药物不同，咖啡因便宜、合法，还能在市场上买到各种美味的款式。总而言之，在功效方面，很难看出现有的促智药比咖啡因优越多少。当然，它们距离《永无止境》里的设定还很遥远。
最主要的原因是，开发新药是一项非常棘手的工作。我们简简单单吞下的药丸，其实是一个化学工程生产出来的复杂结构：它必须溶解在胃里，吸收进血液，最后让活性成分在身体特定部位发挥作用，就连发挥作用的速度都必须符合我们想要的效果。如果它是为了消除头痛，就应该尽可能快地生效。但是，如果药物目标是纠正脑内特定系统中5-羟色胺有效性的不平衡状态，我们则希望它以稳定的速度生效，在每次服药的间隔时间里，脑中的5-羟色胺相关信号都保持稳定。
药物要到达脑，必须克服一个巨大的生理挑战：跨越血-脑屏障。血-脑屏障是一种高度选择性的薄膜，它将整个脑包围起来，阻止血液循环中的大部分物质进入脑中。血-脑屏障存在的目的就是阻止对脑有害的物质进入，包括一些其他身体功能所需的物质，以及血液中可能存在的任何毒素。血-脑屏障的缺点是它严重限制了可用于脑靶向药物的化学物质类型，尤其是较大、较复杂的分子，它们很难通过血-脑屏障进入脑中。因此，如果我们要认真考虑未来增强脑功能的方式，可能需要关注药物之外的途径。
超越药物：激活脑的新方法除了刚才讨论的技术难题之外，服用药物还有一种内在的低效性。那么有没有更直接影响脑回路的方法？
事实上，这种方法有很多种，其中一些医疗方式已是公认的最佳实践方案。当药物对严重的抑郁症及一些其他精神疾病无效时，人们会使用电休克治疗（Electroconvulsive therapy，ECT）这一常规的有效治疗手段，在病人的颅骨上放置两个电极，在它们之间传递电流，刺激患者的脑。它曾经被认为是最后的补救方法，这并不奇怪，因为在早期，该程序没有得到优化，常常出现重大的副作用（如记忆力丧失）。现代电休克疗法在程序上更为复杂，旨在将副作用减到最低，通常会先让患者进入药物镇静状态。对于那些令其他治疗束手无策的抑郁症患者，单轮电休克治疗能对其中一半人起效：在精神病治疗领域，这样的成功率已经非常高了。
人们认为，电休克疗法之所以能生效，一方面是通过在短期内重置脑中的电活性和化学活性；另一方面，或许还能长期促进新的神经生长。有几种其他形式的外源性刺激，可以制造一些不太剧烈的神经复位。这些方式可以应用于更集中的脑区，并且不会产生痛苦，能在患者清醒时使用。最常见的形式是经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation, tDCS），这种方式能通过置于头皮上的两个电极向脑中某个区域施加恒定的低电流。电流可以刺激或抑制电极靶向区域的神经元放电：虽然它似乎既不能改善、也不会恶化认知功能，但该技术显示出治疗抑郁症、中风和其他一些脑部疾病的可能性。人们认为这种技术单次使用是安全的。目前，在欧洲，经颅直流电刺激技术已被批准用于治疗抑郁症，但在美国，人们认为这种疗法的有效证据还不足够。
经颅直流电刺激技术非常重要，但仍然有待继续探索，与此同时，还有一些疗法也已存在很长时间了，尤其是用磁体取代电流来改变神经元放电的技术。对患者进行经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS），可以在他的头上放一个特别设计的电线圈，将角度调整向特定脑区，然后利用磁场的快速变化，让脑中产生一个微弱的电流。虽然这听起来有点像高中物理课里的内容，但经颅磁刺激技术实际上应用很广泛，被认为是治疗偏头痛、神经病理性疼痛和抑郁等疾病的有效方法。
图7 经颅磁刺激（TMS）
不过，这样的方式也存在问题。正如药物疗法因难以穿过血-脑屏障而受到限制，经颅直流电刺激或经颅磁刺激信号也需要穿过颅骨，才能瞄准目标脑区。颅骨由骨头构成，不是大型电导体。因此，在空间的精确度和刺激脑的深度这两方面，这些技术都存在困难。如果需要治疗的脑区面积很大，位于脑皮质外表面，这二者可能都不是问题。但是，如果你需要影响的脑区很小，位置又很深呢？
如果我们要转变方向，寻求直接对脑进行刺激的方法，就可以在脑中植入电极，与皮肤下埋着的电线相连接，通向控制装置（通常位于锁骨下方）。显然，这个手术并非轻而易举就能达成，但对于某些类型的帕金森病、原发性震颤、癫痫、抑郁症和强迫症患者来说，“深部脑刺激”（deep brain stimulation，DBS）是一种安全有效的治疗方法，能够帮助解决一些药物无能为力的症状。与经颅直流电刺激、经颅磁刺激等侵入性小的技术相比，将电极植入脑的正确部位，局部和聚焦效果更好。最成功的方式是将电极植入基底核，它是位于脑中枢深处一组非常重要的核，控制着许多功能，包括随意运动（voluntary movement）以及认知功能和情绪的一些方面。当基底核中的多巴胺能神经元死亡时，就会出现帕金森病的许多严重症状，包括无法进行某些运动，又不能停止身体其他部位的动作。深部脑刺激让患者得以重新控制这些症状，并彻底改变了其他神经疾病的治疗方式。患上那些疾病之后，无法自如控制自己的运动可能成为日常生活的巨大障碍。
超越生物学：脑用硅酮植入物不知不觉中，我们就进入了这样一个新世界，甚至已经开始谈论把机器植入脑中了。将深部脑刺激电极植入脑内就是其中的一个例子，但这只是一个开始。
用电子设备替代受损的神经硬件并不是什么新鲜事：早在20世纪80年代，电子耳蜗植入器就已经出现了。从外部看，这些设备看起来像助听器，作用却与之大不相同。助听器是一种外部设备，可以放大进入耳朵的声音；而耳蜗植入物则可以绕过耳朵，直接向脑中发送电信号。它包括一组植入耳蜗的电极，一个位于内耳的骨头腔室。位于耳后的外部装置拾取语音信号，并将它们转换成电子信号。这些植入器拾取了电子信号，将其直接发送到听觉神经。耳蜗植入器最初被批准用于患有听力损失的成年人，但是最近更强调在儿童中使用，因为语言发展存在关键期，所以在孩子18个月之前植入人工耳蜗是最理想的选择。许多早早接受人工耳蜗植入的听力障碍儿童发展出的语言技能更接近正常水平。
现在人们正在研究类似的装置，希望能为盲人恢复视力。这种装置拥有一套外部视频捕获系统，处理动态实时图像，并以电信号的形式发送到植入电极组。然后，电极组再将它们传递到视神经，或直接传递到初级视觉皮层，也就是最早的视觉处理区域。
如你所见，补偿感官损害的装置不仅仅存在于科幻小说中。但有自尊心的半机械人还会想要什么脑工具呢？
也许是仿生肢体？疏通损坏或缺失的神经，让脑能够直接控制假肢的装置正变得日益复杂。这些装置从运动皮层读取神经活动，解码人的意图，然后用解码后的信号来控制机器肢体或外部物品（如计算机或轮椅）。
这种装置的主要难点之一是如何让它们不仅读出来自脑的信号，还提供实时感觉反馈，因此，用户控制假肢时可以进行微调。（想象一下，如果感觉不到用刀的压力，切肉会有多难，或者如果不能感觉到握持的力道，吃香蕉又有多难。）这一领域的许多技术发展都是由军方资助的研究人员领导的，特别是在美国，大批脑或身体受到极大伤害的退伍军人从战区归来，为投资这些尖端技术提供了巨大的动力。2015年，美国的国防研究机构美国国防部高级研究计划局（DARPA）宣布，研究人员首次成功地修复了假肢与感觉、运动皮层区域之间的反馈回路。28岁的被试因脊髓损伤瘫痪了十多年，接受了改造之后，他报告说，自己不仅能直接用脑控制假肢，而且能感受到生理感觉，就像自己原生的血肉之躯一样。2017年3月，英国广播公司（BBC）和其他新闻媒体报道，一名叫比尔·科切瓦尔（Bill Kochevar）的四肢瘫痪男子，在遭遇自行车事故8年以来，首次能够通过植入运动皮层中的传感器来控制手臂内的植入器，自如地吃土豆泥。类似这样的案例表明，在头脑和机器的有效整合方面，我们的进步有多么迅捷。
另一种真正有用的人脑-计算机交互作用，能在语音产生系统发生损坏的地方重建连接。这一系统最著名的用户可能就是斯蒂芬·霍金教授，他患有运动神经元病已将近50年了。作为剑桥大学应用数学和理论物理系的教授，他能得到最好的脑控交流辅助工具。霍金教授用过许多辅助系统，包括脑和眼动控制交互系统，他表示，最方便轻松的系统实际上相对简单。它包含一个安装在眼镜架上的红外线开关，可以监测他的脸颊抽动，用来控制电脑上光标的移动。然后，他在计算机上写的文本被发送到语音合成器，从而能够帮助他参与实时对话，也能对讲座和演讲进行预先录制。
霍金教授的交流系统使他能够继续从事自己非常成功的事业，尽管他的脑运动区疾病肆虐。使用外部技术补偿脑疾病和脑损伤的影响，对一些患者来说可能是向前迈出的一大步。目前看来，人脑-计算机交互作用和神经假体可能会向着有利于人脑健康的方向发展，也许能让我们超越速度、力量、信息处理或记忆方面的极限。人工智能（AI）系统能利用庞大的外部计算能力来解决特定的问题，在某些特定领域已经开始比人类表现得更好。到目前为止，它们远没有人脑那么灵活——这并不奇怪，因为它们在复杂性、零件数量或优化时间（人脑经历了成百上千年的优化）方面无法与人脑相提并论。但是人工智能运行某些特定程序比人类更快，并且具有更强的韧性、不会疲劳，也没有失误。例如，在象棋、围棋一类的游戏中，人工智能系统已经多次打败人类中的顶尖高手，这些游戏的规则固定而有限，比起智力有限而容易犯错的人类，人工智能系统能够更高效地计算出可能的排列组合数量和每一步棋的后果。随着假肢和人脑-计算机交互技术的成熟，将它们与人工智能处理系统结合起来可能有助于提升半机械人的功能水平。
同时，对于脑部疾病患者来说，硅酮技术是唯一的希望吗？事实上，对一部分病人而言可能不然，他们或许应该相信最大的进步可能不是来自计算机或机器的更新迭代，而在于生物学的发展。生物学能使我们尽可能接近问题的根源，从而彻底匡正疾病导致的异常状态。
正本清源正如我们已经讨论过的，大多数脑疾病和脑功能的基因起源都很复杂，不由单个基因控制，而是许多基因共同起作用，同时，还存在许多环境因素。虽然，很可能迟早有一天，人们会从婴儿出生时就开始测序基因组，即便如此，由于遗传状况十分复杂，再加上表观遗传学的卷积，我们不太可能仅仅根据基因组序列就预测他们未来的人格、智商或疾病风险。
未来治疗脑疾病时，基因组学（genomics）很可能会扮演更重要的角色，因为基因治疗可以从源头上改变基因驱动的特性或生物学功能。基因材料将像药物一样用于纠正或补偿有缺陷的生物状态，与药物不同的是，它只针对特定器官或细胞组生效，还能根据需要而选择开启或关闭。
让我们回到基底核。在此之前我们讨论了多巴胺能神经元的死亡如何引发帕金森病。导致脑中这一关键部位出现问题的另一种途径是，神经元接触到亨廷顿蛋白突变体。正如你可以从名字中猜到的，编码亨廷顿蛋白的基因突变是亨廷顿病的成因，而亨廷顿病是一种罕见的由单一基因引起的脑部疾病。因此，只要我们能够阻止亨廷顿蛋白突变体的形成，通过阻止神经节神经元的死亡来治疗亨廷顿病就会相当简单。
新的基因疗法正在试图做到这一点，首批试验从2015年底开始。这种治疗将一种被命名为IONIS-HTTRx的小分子注射进脊柱，使其在脑脊液中传播，最终到达脑中的神经元。这种药物能使接触到的细胞中的亨廷顿基因沉默，从而大大减少其中产生的亨廷顿蛋白数量。基因沉默的工作原理并非直接针对DNA，而是RNA。RNA是一种重要的中介化学物质，能将写在DNA中的配方转化成形成特定类型蛋白质的长链氨基酸。所以即使DNA保持完整，只要RNA被灭活，就能阻止细胞制造出讨厌的亨廷顿蛋白突变体。
现在说这种特殊疗法或其他类似疗法对人类是否安全有效，还有些为时过早。但基因沉默并不是走近头脑的唯一方式。最近，在编辑实际的DNA代码、完全去除突变序列的技术上有了惊人的进步。这些技术被冠以非常复杂的名称，如规律成簇间隔短回文重复（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）和锌指核酸酶（zinc finger nucleases，ZFNs）。这些技术的核心在于能够识别特定DNA序列，并且对DNA分子进行切割。
在实践中，这意味着，假设我们能够安全地把一部分基因编辑工具放入活细胞中，事先为其剪切掉DNA序列中致病的部分，替之以中性部分——就像在发送之前用文字处理器来审查电子邮件一样。这句话中的“假设”很重要，因为这一技术的难点就在于此——基因编辑工具是大分子，不能以口服药物的形式进入体内，要么直接注射进脑，要么包装在设计特殊的病毒里，通过手术放入脑中。在早期胚胎状态下，让这种病毒侵入所有细胞相对比较容易，可以从小就培育出不会患亨廷顿病的脑。但在成年人的脑中，要确保每一个可能患病的神经元都感染这种有益病毒会困难很多。
亨廷顿病是由单个基因引起的，这很罕见，但它不是唯一一种对基因技术进步有迫切需要的脑部疾病。例如，在帕金森病中，目前已有几种基于有益病毒的疗法，在早期临床试验中表现出了一些前景。这些研究的目的在于提供基因疗法，这种疗法能促进特定区域的神经元生长，也能增加或减少神经化学物质在基底核特定部位的产生。
最后一个激动人心的可能性是利用基因工程创造出一个系统——只需要给脑中不同组的神经元照上不同的光线，就可以操纵它们进行开关。这种技术叫光遗传学（optogenetics），听起来很离奇，但现在已经被广泛应用于实验室研究。它依赖于这样一个事实（与我们先前讨论的方式大致相同）：通过基因工程，可以让神经元和其他细胞表达光敏离子通道。离子通道是位于细胞壁上的蛋白质，它们充当入口，让不同种类的离子（带电粒子）进入细胞或被挡在门外。在神经元中，离子通道尤其重要，因为它们能通过控制带电粒子的流动而控制细胞的电状态，从而掌控神经元何时放电。一旦细胞有了这些新的光敏离子通道，神经元（或一组神经元）的放电就可以通过向细胞闪烁光来控制。这项技术可以对神经活动进行非常特殊的操作：研究人员不仅能控制哪些神经元对光线敏感，而且可以精确地控制这些细胞中的放电何时开启、何时关闭。
这项技术非常美好，它是一种真正有用的方法，能在活体动物实验中探索不同神经回路的行为。不过，你也许已经发现了问题的症结所在：它仍然会卡在同一个老地方，从前的难点在于如何将编好的基因代码输入脑中，而现在则需要脑中出现一个光源！因此，这种技术真的能很快成为治病救人的治疗方法吗？
值得注意的是，一些来自马萨诸塞州科技研究所的全新研究表明，技术走向实践的速度可能比我们想象的还要快。以知名科学家蔡理慧（Li-Huei Tsai）为首的研究人员，发现阿尔茨海默病患者脑中会出现许多问题，其中之一就是伽马波的减少。伽马波是一种背景脑波（更正式的名称是“神经振荡”），频率大约是40次/秒（40赫兹）。伽马波很有趣，因为它们是由神经元群产生的，似乎有助于认知加工。然而，正如我们所知，阿尔茨海默病一开始就会损害认知加工。蔡理慧自己的“脑电波”是这样的：如果我们加强阿尔茨海默病患者的伽马波，会带来什么样的结果？能让他们恢复认知功能吗？她认为，光遗传学可以加强伽马波。
研究组选取了一些经过基因工程改造的小鼠模拟阿尔茨海默病患者，它们也具有典型的脑内淀粉样斑块，并存在学习和记忆方面的问题。然后他们用携带光敏离子通道的病毒感染小鼠的脑，在颅骨上钻一个小洞，以便插入光纤。如此一来，研究者就能以选定的频率闪烁光线激活神经元——没错，你猜对了，选定的频率正是40赫兹。他们希望能通过人工增强脑中的伽马波，最终改善小鼠的阿尔茨海默病样症状。事实上，他们的发现非常惊人：经过一个小时的光疗，小鼠脑内淀粉样斑块的数量减少了一半。
因此，在小鼠脑中人工诱发伽马波，似乎可以消除一部分能诱发阿尔茨海默病的基本生物条件。但怎么才能证明这一疗法是否适用于人类？没人会同意让别人在自己颅骨上钻个洞，好让光线能照进去吧？
幸运的是，大自然已经为我们提供了一种让光线进入颅骨的渠道：眼窝。蔡的团队继续证明，只需简单地把小鼠放在一个40赫兹闪光的房间里，同样能有效地清除脑中的淀粉样蛋白。更令人惊讶的是，通过向一组特定的神经元闪光来诱发伽马波，似乎重新唤回了一只有阿尔茨海默病样症状的小鼠丢失的记忆。因此，这项技术不仅为阻止或逆转这种疾病在脑中的积累带来了希望，而且有望恢复已经丢失的记忆。研究者希望能尽快对人类进行试验。我们对此极感兴趣，将积极关注这一领域！
脑的进化有了这么多令人惊叹的科技进步，我们很容易忽视可能正在眼前发生的器官变化。在对脑功能的探索中，我们经常提到进化，值得铭记的是，进化过程并未结束。
如何利用时间，如何使用头脑，种种方式都在不断发生变化。事实上，在过去的一个世纪里，脑的使用在发达国家中发生了特别迅速的变化。要保住工作和收入，越来越多的人依靠的不光是生理素质，更在于是否具有充足的认知功能。一百年前，大多数人都从事体力劳动，如果断了一条腿则很难就业，若是记忆力差或不擅规划则无伤大雅。现在情况正好相反，人们每天花八个小时或更长时间在运转头脑，却没什么时间锻炼身体。
近十年来，智能手机和平板电脑已经成为许多人生活中不可或缺的存在。这些设备减少了对某些方面脑功能的需求，例如记住电话号码以及如何到达遥远的地方。但它们也增加了对其他技能的需求，如精细运动控制（从青少年单手发短信或儿童在手持设备上玩游戏所表现出来的身体灵活性上可见）。首当其冲的是，计算机、智能手机、平板电脑、电子阅读器和等离子电视的出现增加了发达国家民众盯着背光屏幕的时间。
媒体时常指出，我们应该对屏幕使用时间过长带来的潜在危害感到恐慌。这真的很严重吗？简而言之，目前还不知道屏幕使用时间过长对我们的脑部会有什么影响，也不知道会对发育中的孩子的脑有什么影响（虽然这个问题在父母眼中极为重要）。我们之所以要考虑限制屏幕使用时间，当然也有很多原因。一方面，盯着屏幕的大部分时候，我们的身体都处于静止状态，而体育活动对健康发展很重要（事实上，这对所有年龄段的人的健康都很重要）。然而，目前可获得的有限证据表明，屏幕使用时间对年轻人的户外活动量没有影响。另一方面，深夜暴露在明亮的屏幕下会扰乱生理节律，导致难以获得高质量的充足睡眠，这似乎是可信的。在瑞士，一项有趣的研究让青少年晚上使用电脑时佩戴蓝光遮蔽眼镜，实验时间为一周。他们发现，这种眼镜降低了屏幕时间对褪黑激素（用唾液测量）和深夜警觉性的影响。然而，它似乎对睡眠质量或第二天早上的功能状态没有任何影响，这说明，我们没有直接的理由为青少年深夜使用屏幕而恐慌。
目前还不清楚的是，孩子们在使用屏幕时做的事情，究竟对脑有好处还是坏处。我们完全不知道花几个小时玩游戏是否对认知技能（如心理旋转、增加羞怯孩子的社交互动等）有好处，或者反过来，它是否会减少孩子注意力的广度，降低他们对真实世界的参与度。虽然新闻界会自然而然地利用父母的恐惧感，鼓吹屏幕使用时间长的坏处，但是发展心理学家和其他专家们的观点是，截至目前，我们对正反两方都没有多少证据。
除了使用方式之外，我们的脑也可能受现代生活的其他方面的影响。正如我们在前面的章节中指出的，在饮食、身体活动、药物、酒精和烟草的使用上，健康的选择对脑的影响与身体其他部位大致相同。此外，现代环境立法和就业法能保护我们免受许多有毒物质的伤害，而在历史上，当时的人可能已经习惯于与这些物质共存。（毕竟仅仅十年之前，英国每个酒吧及其工作者，大部分工作时间都泡在难以穿透的烟雾中。）在过去的几十年里，人们与汽油、油漆中的汞、绝缘材料中的石棉和人类食物链中的杀虫剂的接触都大大减少了。由于公共健康信息强调了使用防晒霜、怀孕期间不能吸烟饮酒等重要事项，如今的儿童接触神经毒素、致突变物和致癌物的数量可能比工业革命以来的任何时候都少得多。
今天，我们都希望能活得更长，所以需要脑更富有韧性，能够应对老化及阿尔茨海默病等晚年疾病。由于这些疾病发生在生殖年龄之后，自然选择不会成为脑进化的影响因素。然而，研究像阿尔茨海默病这样的疾病，可以让我们深入了解现代行为和环境对脑的韧性产生的毕生影响，以及可能发生的机制。例如，最近一项跟踪六百多万加拿大人生活的研究发现，住在繁忙的公路附近会增加患阿尔茨海默病的风险，其原因可能是噪声或空气污染对脑产生了影响。识别出高危险因素可以帮助我们更多地了解脑的基本过程，例如，虽然我们已经知道睡眠在治疗阿尔茨海默病中很重要，但是直到最近才发现睡眠作用的方式。即维持脑健康状态的内稳态机制之一是，在睡眠期间脑的间质空间扩大了60%。这大大增加了包围神经元本身的间质液和脑脊液之间的废物交换，能将脑中的神经毒素（包括我们的老冤家β-淀粉样蛋白）排出，从而让神经元浸泡在富有营养的健康浴缸中，而非毒素里。
未来的脑会比现在更好还是更差？正如你们已经了解的，对于脑的运作我们仍是所知甚少。但是，我们依然能推测出些许真相，脑使用的当前趋势及更广阔环境的变化，可能共同反映在脑本身的状态上。
脑是一个会根据所处环境来塑造自己的器官。当我们思考未来头脑的优势和弱点时，主要考虑的是早期经验将如何塑造每个个体脑的性质，而不是缓慢的进化过程。我们在此提到的变化几乎不会影响繁殖成效；实际上，教育和收入的增加往往会减少妇女的生育数量，所以脑在认知上越是优化，遗传其基因的后代数量就越少。变迁的时代所青睐的脑，可能会与迄今为止人类历史曾选择的类型并不一样。
那么，我们期待未来的脑会在哪方面做得更好呢？如前所述，因为我们现在使用的大肌肉群变少，精细运动技能变多，我们可能会期望脑中空间做出一些调整，萎缩一部分小脑，再重新分配一些空间给运动皮层的运动控制区域。如果有机器人和其他形式的人工智能接管酒店、零售业、工厂和服务业中的许多低技能和低收入的工作，会释放更多的人和闲暇时间来参与创造性事物吗？如果是这样，这可能会加强默认模式神经网络（default mode network）的连接性，该网络由在做“白日梦”和执行想象任务期间特别活跃的相互作用的脑区组成。随着药物、基因疗法和神经假体变得更加有效，我们是否会选择让健康人从中受益呢？或许，我们会开辟新的感官领域，从而看到紫外线或是感应到磁场？这些问题的答案在很大程度上取决于社会选择什么——我们未来的脑的模样将由法律、政策以及技术进步决定。
在脑的生理进化过程中，有一种积极打破平衡的方式正在发生。我们开始讨论人类大脑的局限性时，便指出了出生时的头颅尺寸，决定了婴儿的脑有多大、发育得有多好。产科医学的进步，尤其是剖宫产（一种安全分娩过大婴儿的方法）的迅速崛起，意味着这种关键的进化压力，现在可能对发达国家的大多数妇女来说并不重要。在英美等国，大约1/4的婴儿通过剖宫产分娩，据估计，这已经让骨盆狭窄的妇女安全分娩过大婴儿的数量增加了10%至20%（尽管过大儿的脑并不一定比一般孩子更好）。
事实上，有些脑功能很可能在未来会趋向退化。就像手机让我们不再需要记住联系方式一样，技术将继续消弭我们对一些技能的需求，而这些技能以往都是通过勤奋和实践获得的。例如，无人驾驶汽车让我们不再需要学习驾驶技能，也就不需要平衡加速器、离合器和制动器的能力，同时，它还将减少人们在繁忙道路上行驶时所需的持续注意时间。新的任务需要同样来之不易的技能，并取代驾驶考试成为成年仪式吗？或者说，现在的婴儿长大之后，注意持续时间会比较有限，因为他们从来不需要费力地长时间开车，千辛万苦地通过拥堵长路回家？
专家认为脑的未来将走向何方？我们采访这本书中的专家时，问了以下问题：人脑将如何进化？这问题确实很难回答，但是尽管都有些犹豫，他们仍然对我们期望看到的内容发表了深思熟虑的观点。此外，他们虽然来自不同的领域，对脑也持有不同看法，但各自独立地认定，在我们的脑随时间变化的过程中，新技术会发挥重要作用。
格雷厄姆·默里博士说：“脑的进化不会表现在不久的将来。重大的进化需要很漫长的时间。然而，我们已经可以对其结构和功能进行一定调整。
“在二十世纪四五十年代，为帮助治疗精神病症状，人们对数千名患者进行了脑叶白质切除术。这涉及去除脑额叶的重要部分。虽然有时能改善一些症状，但副作用往往是灾难性的，谢天谢地，这一疗法已经被放弃了。在当今的精神病学实践中，改善脑功能的主要方式是药物。然而，随着对脑的科学理解的进步，我们未来或许能够提供新的治疗方法来帮助精神病患者。例如，深部脑刺激在帕金森病的治疗中已经使用得非常普遍，也在强迫症患者的小型试验中展示出希望。这种新方法可能逐步成为重度精神病患者药物治疗的替代品。关键是要进行严格的随机控制试验，以证明这些治疗方法是安全有效的，这样我们就不会重复脑叶白质切除术时代的错误。
“而且可能不会就此停止。我们也许会开始看到越来越多的干预措施，用于增强普通民众健康的脑的能力。等着看吧，未来一定会充满激动人心的魅力。”
劳伦·韦斯博士说：“我认为可能产生重大影响的是基因编辑技术的兴起，目前，这一技术才刚刚开始发挥作用。在预防特定脑疾病方面，它可能会发挥极大的作用——也许可以与产前筛查计划相结合。”
西蒙·凯尔博士说：“我认为技术将会起到主要作用——过去20年里，对科技利用的迅速增长似乎确实对我们的认知和社会过程产生了影响，我想这会影响未来脑的进化以及它的表现。最终，我认为主要的进化会发生在以下方面：如何处理脑功能、通过技术和基因工程直接干扰和优化脑过程的个性化技术。对认知增强和效率的追求将始终处于科学最前沿。值得记住的是，良好的、有恢复效果的睡眠，可能就是我们已经拥有的最好的认知增强剂之一！”
弗格斯·格雷西博士说：“我认为这确实事关社会发展。例如，随着技术发展的唾手可得，我们的脑会做何反应？‘市场’真的会影响脑在生产过程中的进化，说服我们购买更先进的产品？我们会受到营销的更多影响，还是会更好地抵制它？这对我们的认知及理解、测量智力有什么意义？举个例子吧，我们目前使用的认知评估方法在20年后是否有效？”
玛姬·亚历山大女士说：“在每一个时代，随着新机会、新技术和新环境出现，我们会失去一些脑功能，随之获得其他脑功能。例如，我们失去了地图阅读技能，却获得了使用卫星导航的能力；技能发生了变化，但仍然非常有用。过去100年的变化速度不是线性的，它几乎呈对数级别增长。因此，虽然无法预测下一步会发生什么，但毫无疑问，我们都会适应的。尽管如此，每一代人中总会有一半民众觉得自己落后，需要比别人付出更多努力去适应。比如，我们正处在无人驾驶汽车时代的开端，我并不喜欢这个想法，但也可以看到，这对其他人来说将是巨大的解放。想想那些目前难以驾驶并需要帮助（如存在生理或视觉障碍）的人吧，终有一天，他们或许能从这种技术中受益。技术也可能反过来促使脑进行有益的调整。”
未来的人类需要多少脑子？由于具潜力的脑功能支持技术目前还依赖着易出错的脑过程，乐观主义者可能会断定，未来的脑可能体积更小，即便受到了更大的损伤，也能够运转良好。
悲观主义者则可能会回答，这完全取决于社会选择：我们是否会因为一个多元化的世界而感到高兴？在这个世界中，人们随着年龄的增长而头脑退化的速度更慢；但没中遗传智商彩票（天生智力不高）的人，只能找一些被机器人淘汰的工作；人口压力的增加，意味着我们最近在智商方面的一些增长，会被营养不足和环境日益污染的影响所逆转。
乐观主义者可能会反驳，这些问题也可以通过技术来解决，或者说，随着人类未来的发展，脑最低限度存活的必需品可能会发生重大变化。例如，如果我们进入太空，在长途太空航行和小型先驱社区中需要社会和谐，这可能使社会认知成为最受重视的技能。
也许我们已经乐于失去脑功能的某些方面，在这些方面，脑的进化成果与目前生活的世界之间存在不匹配。例如，存在焦虑和抑郁症状的庞大群体中，约有1/4的人可能会希望自己的边缘系统功能减弱。边缘系统处理情绪，其中自主神经系统负责“战斗或逃跑”反应，下丘脑-垂体-肾上腺轴调节应激反应。在进化过程中，这些系统能帮我们保持活力，但在现在所处的绝大多数不威胁生命的日常环境中，它们的活跃可能是无用的。在这个24小时随时有新闻播报的世界里，对几千公里之外发生的枪击案做出神经驱动的应激反应，可能有助于保持与新闻网站的联系，但对于你的生存机会或睡眠质量没有任何帮助。
如果说，通过认识过去、现在和未来的脑，我们了解到了些什么，那就是人类拥有在极其多样化的环境中生存发展的伟大能力，而且这种能力看起来完全可以传承下去。在每个人身上，疾病、损伤、遗传和环境命运的变幻无常之手，都会让我们的脑具有某种倾向。在我们的一生中，这些倾向会以复杂而相互作用的方式表现出来，我们需要花费毕生精力才能将其厘清。愿你能享受这段旅程，欣赏自己此刻拥有的脑，不管它有多大！