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中科院院士段树民:幸福脑可通过神经调控实现

时间:2021-01-19 08:17
现代社会节奏的加快、竞争压力的增加,使得神经精神疾病的发病率越来越高,在中国的疾病总负担中已经占20%。所以脑科学研究的意义,无论对基础、交叉学科还是实际临床应用上都非常重要。
 
《瞭望东方周刊》记者杨天编辑黄琳
 
 
抑郁、焦虑、失眠……这些心理疾病如今正成为现代人健康与幸福的“隐形杀手”。心理干预加药物治疗是长期以来人们应对这些精神类疾病的主要手段,而随着脑科学的发展,科学家们对人类脑部的功能机制研究不断深入,未来,通过精准有效的神经调控缓解甚至治愈这些困扰人类的“顽疾”,已不再是遥不可及的梦想。
 
中科院院士段树民就是在为这一理想早日实现而努力的一名科学家。作为我国脑科学研究领域的著名专家,段树民以首席科学家的身份组建了浙江大学脑科学研究技术联盟,和全国同行一起推动中国脑计划的实施。他还牵头建立了浙江大学中国人脑库,并入选国家健康和疾病人脑组织资源库,这是全国第一所标准化收集、储存各种神经精神疾病患者和正常人所捐献的死亡后的大脑,以及他们的病史资料(匿名)的机构,可为全国的神经科学研究人员提供人脑组织样本。
 
由段树民院士领衔的历时8年的中国第一个大型脑科学研究集群项目——国家自然科学基金委的重大研究计划“情感和记忆的神经环路基础”,为打开大脑“黑匣子”,使“幸福脑”的实现成为可能做出了重要贡献。
 
日前,在浙大城市学院的年度星光大课上,段树民以《幸福脑》为题,分享了他最新,也是最前沿的研究成果。
 
幸福感是大脑一种本能行为
 
《瞭望东方周刊》:为什么要提出“幸福脑”这个概念?幸福和大脑有什么关系?
 
段树民:幸福的定义是什么?它是一种自我满足后的情绪,是一种感觉,所以我们说幸福的感觉,在哪儿?就在我们的大脑。大脑如果不感觉到幸福的话,外部环境怎样改善也是不幸福的。现在的生活,如果和30年前、40年前相比,绝大部分人在物质生活层面都会比那个年代好得多,但并不一定会觉得幸福感比那个时候高得多。其原因主要是幸福感是一种感觉,是脑的一个活动状态,并不完全和物质成正比。所以,我们要了解每个人的大脑是怎么感受幸福的。这个研究就属于脑科学的范畴。
 
《瞭望东方周刊》:那么,大脑是怎样感受幸福的呢?
 
段树民:从进化上看人的大脑结构大致可分为起始于爬行动物脑的脑干和脊髓(原始脑)、起始于古哺乳动物脑的边缘系统(情感脑)和起始于新哺乳动物脑的大脑新皮层(理性脑),分别支配人类的反射行为、本能行为和高级认知行为。本能行为指的是物种维持基本生存的一系列与生俱来的行为,这其中就包含幸福感这样的情感情绪。
 
大脑调控本能行为的关键脑区主要是边缘系统,这一点科学家比较早就已经大致掌握了,但这些区域为什么能影响本能行为以及怎样影响,目前还不是很清楚。
 
过去对本能型的研究,脑科学的手段非常少,都是心理学家关注的领域,比如,最著名的心理学家弗洛伊德,研究了一类病人,这些病人没有器质性的病变,却会感觉到各种不舒服,就是我们今天讲的焦虑和抑郁的病人。当时弗洛伊德尝试用心理学的方法来解释这些问题,从做梦的感觉来推测病人到底是精神需求上还是本能行为上遭遇了障碍。
 
本能行为其实非常广泛,一旦出现问题对我们造成的影响也非常大。现代社会节奏的加快、竞争压力的增加,使得神经精神疾病的发病率越来越高,在中国的疾病总负担中已经占20%。所以脑科学研究的意义,无论对基础、交叉学科还是实际临床应用上都非常重要。
 
 
段树民院士在星光大课现场(浙大城市学院供图)
 
打通神经环路
 
《瞭望东方周刊》:包括幸福感在内的本能行为等研究属于脑科学领域,目前这类研究的重点和难点主要有哪些?
 
段树民: 很久以来,脑科学的研究大致在两个方面进行:一个是微观的分子细胞水平;另一个是宏观的系统和心理认知这个水平。可以说,这两个水平的研究都取得了比较大的进展,尤其是微观水平,我们现在对在微观上神经元怎么处理信号,怎么发放信号等已经研究得非常清楚。在系统和认知功能上,我们也研究出一些规律。但是,我们仍然无法还原这些功能是如何从分子细胞水平来完成或实现的。
 
最主要的原因是缺乏一个中间的环节,我们叫神经环路,人工智能领域称之为神经网络。这个网络水平的活动才是大脑工作机理的关键,而我们迄今对它所知甚少。
 
为什么了解得很少?主要是缺乏手段,神经环路太复杂了。我们人的大脑有上千亿个神经元,每个神经元又和成千上万的其他神经元发生联系。所以过去科学家曾经认为这是不可能了解清楚的,基本上持放弃的态度。要么就去研究非常微观的东西,要么就研究宏观的脑功能,把脑作为一个黑匣子来处理。
 
然而,最近十几年脑科学飞速发展,交叉学科的合作让很多关键的技术得到突破,这使得科学家改变了看法,认为我们现在有可能对神经环路进行比较好的解析,并在这个基础上进一步研究我们的大脑是怎样工作的。
 
《瞭望东方周刊》:这些关键的技术主要指什么?
 
段树民:简单来说,影响最大的就是光遗传的操控。科学家在植物上发现一种离子通道,它是对光敏感的,这样就可以用转基因的办法,把光敏感的通道转基因到特定神经环路里的特定神经细胞上,然后就能对这个环路进行解析,甚至对它的行为学进行解析。
 
和它相对应的,还有其他一系列技术,包括形态学上的显微成像技术的发展,神经元联系的可视化追踪等等手段,这些使得科学家可以从功能上和形态上对神经环路进行精细的解析。技术的不断进步,同样使得科学家有信心对动物复杂的脑功能机制进行详细的环路解析。
 
这就可以回到我们幸福脑的概念,既然我们能够对脑的行为非常好地控制,不需要外界的刺激、外界的影响,就完全可以从脑的本身来控制其状态,这就有了很大的意义。
 
幸福脑可通过神经调控实现
 
《瞭望东方周刊》:目前这样的研究是否应用于实际治疗中,从而造福人类了?
 
段树民:我们现在已经可以在动物实验里面对各种行为进行精细的解析和调控。对于一些严重的脑疾病,临床上也已经开始进行脑部刺激疗法。比如帕金森病患者,对于那些对药物不敏感的严重病人,可以在人脑内埋入电极,通过电流刺激缓解症状。
 
但是,因为这样的方式还不能做到精准打击和无创治疗,所以它的应用范围还不太广泛。将来如果能和光遗传学技术结合在一起,我们就有可能更精准并且无创地去控制神经环路,不但是帕金森病,其他一些严重脑疾病,如癫痫、成瘾以及有严重攻击性的精神病人,也可以用这种光敏感的通道去控制。再比如一些失眠患者,他们往往会担心长期服用安眠药会对脑部产生不良影响,而我们如果将来能做到精准的靶点刺激,在一个很小的脑区,控制几十个神经元的活动,就可以让患者轻松处于一种睡眠的状态,而不用担心药物的副作用了。
 
现在很多人认为神经调控处于一种崛起的风口浪尖,因为大脑不仅通过我们的感觉系统感受全身的信号,也通过我们交感、副交感植物神经等控制我们所有的器官,控制我们身体的一切,包括情绪感觉。
 
因此,从理论上说,我们的各种障碍,各种疾病,或者是功能不全,都可以通过调控神经达到一定的作用。从这个意义上来看,幸福脑是有办法实现的。脑内有一些物质,我们叫奖赏物质,它们是在受到各种刺激后由大脑分泌,比如多巴胺等。这些物质作用在大脑上,我们就会感到幸福和快乐。而这些物质的释放未来就可能用神经调控的办法来控制。
 
《瞭望东方周刊》:这样的神经调控技术目前还不成熟?
 
段树民:目前用于动物的神经调控技术虽然很精准,但都是有创的,不宜用于人类。科学家正在努力开发一些无创精准技术手段,如穿戴式设备,希望不久的将来能够实现。另外,这个调控还需要是闭环式的,就是要根据脑的状态需求进行调控,不然有可能会产生反作用。比如药物成瘾问题,也就是吸毒,成瘾者为什么要吸毒?吸毒就是外部药物作用在大脑的奖赏系统而产生快感,如果不能很好控制的话,他就会反复追求,最后造成成瘾,这就违背了调控的初衷。
 
我们希望,将来能够发展出一种调控的手段,由医生设定好参数,跟踪观测人的大脑的幸福感是在一种什么状态,如果觉得状态不对了,如可能会焦虑了,就进行一定的刺激,让大脑分泌一定的愉快物质。当然也要有度的权衡,不能过度地追求愉快物质,不能分泌太多,也不能反复刺激。
 
过去我们讲幸福脑往往是通过心理干预,开导病人有良好的心态,健康的生活方式。未来,我们希望能从心理手段过渡到神经调控的手段,如此实现更有效的控制。

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