撰文╱曾祥非（台北醫學大學心智意識與腦科學研究所教授兼所長）
如果，今天科學家把你的大腦從頭顱中取出，放在一個充滿營養液的桶子裡維持大腦活性，再用電線與接頭取代所有神經纖維以維持感官功能。多數人應該無法想像、更別說忍受這樣的生活。但如果科學家會經由那些電線，向你的大腦發送極其擬真的電訊號：海灘景色的影像訊號透過模擬視網膜的電線傳送到你的視覺腦區，海浪拍打的聲音和夏日微風輕拂皮膚的觸感也從模擬各種感官電線傳遞過來，加上口中出現宛如喝下瑪格麗特調酒的味道，這樣的生活似乎比較沒那麼糟了吧？
這個「桶中之腦」（brain in a vat）的假設性問題其實是由20世紀哲學家普特南所提出的一項想像實驗，重點不在於人們願不願意接受這樣的生活，而是當這件事真實發生，試想我們有任何線索能夠察覺眼前的夏日海灘原來是幻覺，而你我其實只是實驗室桶子裡的一顆大腦嗎？太空探索科技公司和神經連結公司的創辦人馬斯克就曾大膽推論，我們人類可能只是一堆程式碼，活在某種文明創造出的電腦虛擬世界裡。
●大腦接受訊號 建構感官世界
我們出生至今所經歷的一切，都是大腦透過眼睛、耳朵等感官接收並傳送類似摩斯密碼的0和1訊號，建構出我們今天所看到、聽到與感受到的整個世界。那麼，如果大腦不透過感覺器官，是否也能有所體驗？這不難想像，而且我們每晚都會經歷。在睡夢中，你不僅體驗到了鮮豔的色彩和景象，還有聲音、觸覺，甚至是情感。從這個角度來看，我們每個人的大腦之於桶中之腦，其實並沒有太大差別。
●釐清大腦語言 創造感官認知
有朝一日，當科學家能釐清大腦內神經元與腦區如摩斯密碼般的溝通語言，並用腦刺激技術傳送給大腦，那我們就可以不透過任何一個「仲介」，包括受損的眼睛和耳朵、燒傷的皮膚、癱瘓的四肢，讓患者重拾感官的體驗與能力。甚至改變大腦處理訊息的方式，藉此提升人們在高階認知功能（例如記憶、衝動抑制、注意力）的表現，應用範圍可能包含提升失智症患者的記憶力、注意力不足╱過動症（ADHD）兒童的專注力，甚至衝動型暴力犯的衝動抑制能力。
雖然離如此精準的腦刺激技術門檻還有一段遙遠的距離，但這在理論上是可行的，正因如此，腦刺激技術被視為21世紀具有極大潛力（與商機）的研究領域。
●腦刺激技術 把訊號回傳大腦
對此，科學家主要面臨兩大挑戰：腦神經元的解碼及利用腦刺激做為編碼。就像學習世界上任何一種語言，我們需要先學會這語言的符號與規則（解碼），才能運用並組成想表達的意思（編碼）。現今，解碼並了解神經元彼此溝通語言最好的工具，無疑是近年來發展迅速的人工智慧（artificial intelligence, AI），而編碼並把我們想傳遞的訊號傳回給腦神經元的工具則是腦刺激技術。
目前醫界與學界較常討論的腦刺激技術有五種，其中tES（跨顱電刺激；transcranial electric stimulation）應該是過去20年在神經科學最蓬勃發展的刺激技術。主要利用兩個以上電極片貼於頭皮，藉由直流或交流電來刺激腦部，它的用電量小，相對副作用也最小，屬於腦刺激中較安全的技術。而且也具有方便攜帶（設備如手機大小）、好操作、價格便宜等優點，近年來已成為神經科學家常運用的新工具。
tES的缺點在於時間解析度（分鐘等級）及空間解析度（公分等級）皆是所有腦刺激技術中最差的。這在臨床用途上不算是缺點，臨床實驗常講求療效，是在問「what」（有效還是無效）的領域，因此刺激面積大與時間長並不是件壞事，有時反而達到良好效果，因為很多腦區都被刺激到了。
●不僅受電區 相關腦區也活化
過去10年，我與研究團隊利用tES的陽極直流電刺激前額葉和頂葉，成功提升健康受試者的注意力、記憶與衝動抑制等認知功能。搭配腦造影工具更發現，tES不只活化了受電刺激的腦區，有些沒受電刺激但與執行中的認知功能有關的腦區，也間接提升了活化程度。
雖然tES的確可以促進認知，但目前的效果量還沒大到值得大力推廣或甚至商品化（雖然很多商業公司已經開始這樣做了）。我認為，在接下來20年，tES應可在精準化有更顯著的突破，屆時臨床應用才可付諸實行。
本文取自《科學人》雜誌2021年9月號，更多的內容歡迎閱讀《科學人》雜誌。相關訊息網址：sa.ylib.com
