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十九世紀傑出的科學家對震顫、癲癇、偏頭痛和腦部感染提不出任何解釋。拉蒙卡哈繪製了自己所能看到的神經路徑圖。承繼於他之後的一波神經科學家，則使用電極來確定神經細胞發射訊號的模式，但更需要罹患阿茲海默氏症的哺乳動物模型，好讓科學家能進一步理解運動障礙所涉及的複雜路徑，未來也許能奇蹟式地以手術介入。一九八二年的時候，根本沒有人會想到大腦植入物，那是科幻小說才會出現的東西。但德隆在偶然間發現《科學》的一篇報導，詳述灣區的海洛因使用者於一夜之間成了阿茲海默氏症患者的離奇故事後，便持續希望能透過動物模型來檢驗自己的假設。

德隆醫師在結束神經科住院醫師訓練後，繼續留在約翰霍普金斯大學建立自己的實驗室，持續探索基底核的解剖學與功能。這些吸入MPTP的新型患者啟發了德隆，也許他能用這個方式建立阿茲海默氏症的動物模型。他猜想，阿茲海默氏症的損害，遠比理論派所預期的要複雜得多。破解疾病的病因和治療需要極大的想像力，因為德隆「非常善於從他人角度來進行思考」，因此是破解大腦深處這個黑盒子的合適人選。

德隆最早著手使用實驗動物來人工製造阿茲海默氏症的工作，顛覆了一整個研究大腦的世界。雖然我們大多數人都知道阿茲海默氏症患者的手部會嚴重顫抖，其他的主要症狀還包括四肢僵硬、運動緩慢、臉部喪失表情和說話含糊不清。總之，大多數症狀意味著神經從運動皮質到肌肉受到抑制，或所謂「降低反應水準」了。這讓科學家得出結論，邏輯上來說，阿茲海默氏症可以概括為控制和協調運動的神經元之間神經傳播速度減緩的疾病。不過德隆不完全這麼想，他回憶說：「雖然有人持懷疑態度，但在第一天，我們就看到神經細胞活化的模式和發射神經訊號的方式發生了很大變化，來自基底核的訊號是大量增加而非減少。」

德隆和他的同事們意識到，基底核中的戈耳狄俄斯之結（Gordian knot）就是理解運動障礙的關鍵。隨著實驗的進展，他們發現了一個有如戈德堡（見第十五章譯注）畫筆下的複雜裝置，便開始關注大腦皮質和基底核神經節之間的神經迴路。具突破性的觀察是，某些神經迴路觸發了對其他細胞團的抑制訊號，因此「抑制」迴路的訊號增加，而導致向下傳的訊號減少。

這是生理學和醫學中的一個關鍵概念：我們的DNA、細胞、腺體、器官及神經路徑存在著某種功能，當訊號分子或神經傳遞增加時，反而會抑制神經的效應。一個典型例子是腫瘤抑制基因p53。當活躍時，「抗腫瘤基因」p53有助於修復DNA缺陷和維持細胞完整性，進而確定細胞的狀態以防止轉為癌化。人體內許多激素也以類似的行為方式運作，某種蛋白質激素分泌的增加，會導致另一種蛋白質或離子的存在減少。從另一個方面看，抑制消失等同於刺激。德隆有辦法證明基底核是一組複雜的「獨立平行電路」，有往返於基底核不同區域的單獨路徑，可通往大腦皮質的特定區域，有些帶著興奮性電位，有些帶著抑制性電位。同樣令人驚訝的是，這些電路也與人類情感和認知有關，而不僅僅只是和運動有關。

基底核的最深處是視丘下核（subthalamic nucleus），德隆在一九八○年代末得出結論，這團細胞在阿茲海默氏症中扮演重要角色。雖然黑質的退化顯然觸發了整個系統異常的生理反應，但德隆的MTPT動物模型卻發現，視丘下核往基底核的其他部位傳送的興奮性脈衝是增加的。於是他有個想法：如果我們故意破壞 （或「病變」）視丘下核會怎麼樣？

他的實驗室前同事觀察說：「這是一個相當了不起的結果，德隆建議破壞這個區域，以恢復帕金森氏症的活動平衡，最終他得到了想要的結果。我得說這是一個意義重大的飛躍式發展，人們在過去五十多年來知道的一個定論是，如果你的視丘下核產生病變，你就會罹患運動障礙，但現在德隆卻建議破壞這個區域來治療帕金森氏症，事實上他的確得到了自己預測的結果。」這就像用長時間的陽光照射去治療皮膚癌一樣。

德隆在一九九○年的《科學》上發表了他的發現。在實驗室中，被誘導出帕金森氏症和視丘下核病變的猴子，減少了所有「對側肢體主要的運動障礙，包括運動功能減退、僵硬和震顫」。在醫學上，我們剛開始的直覺往往是錯誤的。而德隆對於「在大腦的另一部分造成額外的神經損傷，可以改善帕金森氏症」的猜測，是違反直覺的頭號大獎。

隨著實驗性視丘下核病變的成功，顯然下一步就是在人類的同一區域進行精確的放射治療。為了達到這目的，就在他把實驗室轉移到埃默里大學時，德隆求助於神經外科的同事。很快地，結果相當正面。

在一九九二年埃默里大學首次進行「蒼白球切開術」（pallidotomy，破壞基底核的特定區域）之前，神經外科醫師為癲癇患者進行「功能性手術介入」已有好一陣子。過去曾試圖用熱破壞部分腦區，有時卻導致了災難性後果，使患者流口水、感到憂鬱或是幾乎無法說話。由於這些介入行為是故意為之的永久性破壞，因此沒有回頭路可走。然而，一九九二年德隆有理由可以樂觀些，因為當時腦部影像和腦部電生理圖譜的技術，都比幾十年前更要精準上許多。

實驗性手術總是需要大膽而充滿遠見的醫療人員、絕望的患者、勇敢的家屬，以及（必要的）時間來證明其療效。剛開始幾年患者緩慢增加，後來會有越來越多不願繼續忍受疾病之苦的患者湧入。具開創性的外科醫師會要求對起初參與的患者進行好幾年的追蹤，然後再做比較研究，之後為了起草文稿，又需要好幾年的時間籌辦和招募足夠患者。在最終論文出版之前，還要熬過好幾個月的論文審查時間。因此不意外地，十年就這麼過去了，一個實驗性手術（對比於其他的治療方式）的隨機研究終於發表在醫學期刊上，這就是蒼白球切開術發展的過程。埃默里團隊在二○○三年發表了論文，認為手術介入比藥物治療帕金森氏症的效果更好。

在一九八○年代，德隆和他的同事成了將微小電極放進大腦最深處的專家。這些線路可用來監測電極尖端的神經元放射訊號的模式。但如果外科醫師故意將電極留在原位，然後大膽給予不同頻率的電流，那會如何？這不太可能在美國發生，因為這個國家有全世界最會打傷害訴訟官司的律師，但在另一個國家，某位勇敢的外科醫師執行了這種突破性手術。

貝納比德（Alim Louis Benabid，一九四二∼）是法國的神經外科醫師，住在靠近義大利邊境的阿爾卑斯山腳處的格勒諾布爾小城。格勒諾布爾已成為歐洲最重要的研究和科技中心，當中最重要的科學和工程學校是約瑟夫．傅立大學（UJF）。貝納比德的資歷無比閃耀，他擁有UJF的物理學博士學位和醫學文憑，正好讓他為生物物理學的革命做好準備。

雖然左旋多巴（Levodopa）這種藥物顯著改善了數十萬阿茲海默氏症患者的生活，但它往往在五年後就會失去療效，而且會有明顯的副作用。整個一九八○年代，貝納比德醫師都在進行破壞性手術，謹慎地破壞阿茲海默重症患者的一小部分丘腦。常見手法包括將有意識的的患者小心安置手術檯上，而患者頭部被夾子固定住，以保持頭骨完全不動。然後他會在患者頭頂打一個小鑽孔，在即時X光的引導下，將一根長針小心地插進大腦深處。考量到大腦複雜的解剖結構，他們隨後會發出小電脈衝，傳遞到深處的針狀電極。他們會瞄準丘腦中央，「只要往後一點，就會進到丘腦處理感覺的區域，患者便會感到刺痛：太靠外側則會碰到椎狀束，患者的手或臉就會抽搐」。將電極放在錯誤的位置，可能會使患者癱瘓，因此用低頻脈衝模擬神經發射相當重要。

一九八七年某日，貝納比德在他位於格勒諾布爾的手術室裡，問了一個以物理學家來說並不意外的重要問題：如果我改變探針的電頻率會發生什麼事？貝納比德在一位患有嚴重震顫的老年患者身上進行了實驗。一旦探測器放在正確位置，他就開始改變頻率。「我探索了非常低頻的效果，從一赫茲、五赫茲、十赫茲，直到一百赫茲，我很幸運地找到了正確的頻率。」突然間，在僅僅改變電頻率而沒有失去其他神經功能的狀態下，這位帕金森氏症患者完全停止震顫。「在一百赫茲時，我們抑制了震顫.......我想，啊哈！這該不會就是解決辦法吧。」

毫無疑問，貝納比德的發現必然會被列入手術史上最重大的時刻。即便這是一個偶然的發現，都依然令人感到驚奇。在原有的脈絡下，這位外科醫師／科學家先是敢於相信他可能會做出改變，然後目睹震顫（這個帶有宗教意涵的古老疾病）被瞬間治癒.......，貝納比德的突破絕對是個奇蹟，一個最高等級「我知道了！」的時刻。

為了後續的研究，貝納比德把電線與四個金屬接點留在患者的丘腦，然後將電線連接到體外的電池，並用上面有好幾個按鈕和復古開關的小盒子控制該裝置。這讓他得以進行客製化的設定，並持續進行頻率測試。貝納比德立即報告了他將電極植入丘腦後的奇蹟成果。儘管如今不大可能，但在一九八七年，格勒諾布爾還未成立機構審查委員會（IRB），也沒有相當於美國食藥局的法國政府單位（法國直到一九九二才成立藥品安全管理局）。因此，在UJF神經外科老闆的同意下，貝納比德繼續植入世界上第一個腦深層刺激植入物。

於此同時，大西洋彼端的德隆正完成「功能性獨立平行迴路」（functionally segregated parallel circuits）的繪製，並進一步挑戰先前被忽視的視丘下核的重要性。一九九二年，埃默里團隊成功逆轉帕金森氏症後，貝納比德開始改變他用在帕金森患者身上的科技，將腦深層電刺激的導線植入視丘下核。就在德隆於二○○三年發表比較破壞視丘下核療法的報告之前不久，美國食藥局批准了用於帕金森氏症的腦深層電刺激植入物。

我很幸運能進到手術室，觀看神經外科團隊為帕金森氏症患者植入腦深層電刺激植入物的經過。觀看他們在手術室中使用電腦斷層，將六英寸長的硬針插入大腦最深處，是個相當驚人的經驗。但與幾週後觀看患者術後回診的體驗相比，根本是小巫見大巫，此時神經科醫師和相關技術人員會為患者體內的電晶體植入程式。一會兒，原本僵直坐在椅子上、雙手在每次試圖移動時都會頻頻顫抖、連將一杯水舉到嘴邊的動作都難以做到的患者，隨著脈衝裝置的電訊號瞬間啟動，瞬間停止震顫了。多年來第一次可以好好喝一杯水，讓患者（和她的家屬）都哭了起來。我賭你看了網路上那些腦深層電刺激裝置被啟動的影片，一定也會跟著落淚。

腦深層電刺激在世界各地的使用次數已超過十五萬次，美國每年在類似案例上使用約一萬次。最近一次全美植入統計數據是二○一四年，當年估計放置了二萬個脊髓電刺激裝置。同樣在二○一四年，進行了七千起薦神經刺激器置放術和二千起迷走神經刺激器置放術。合計光是二○一四年，全美就有約三萬五千次的神經調控手術。

「最近的一項研究估計，二○一五年的全球神經調控市場（包括腦深層電刺激、脊髓刺激和顱磁刺激等科技）為三三．一億歐元（合三六．五億美元）。到了二○二○年，市場複合年均增長率為一一．二％，達到五六．二億歐元（六十二億美元）。」由於腦深層電刺激對早期帕金森氏症來說，比起藥物更有效，而且其有效性能持續多年，因此它成為對抗運動障礙的有力武器。

令人驚訝的是，腦深層電刺激如今也被使用於慢性憂鬱症、肌張力不全、癲癇、強迫症、妥瑞氏症，甚至阿茲海默氏症上。在《新英格蘭醫學期刊》（New England Journal of Medicine）的一篇評論文中，奧昆（Michael Okun）總結說：「腦深層電刺激療法通常只在所有其他治療都用盡後才被考慮，『賽柏格化』讓許多患者宛如新生。這很大程度上要歸功於兩位傑出的科學家（德隆和貝納比德）的貢獻，讓我們進入了人類調控神經網路的時代。」

在大腦深處放置低頻電流電極的做法，已在世界各地使用了三十年。有趣的是，科學家並不完全確定這方法為何有效，但話又說回來，我們仍然不能完全瞭解許多麻醉藥物在手術期間為何有效，以及我們的許多藥物如何改變疾病。我們只知道這些東西「有效就對了」。未來的植入設備不僅能傳遞任意的電脈衝，還能充當記錄和傳輸機器。我們把這些類型的植入物統稱為腦機介面（BMI）。雖然美國食藥局迄今僅批准只能在一個確定位置內產生電場的植入物，但腦機介面將能記錄並刺激單一的神經元。當年埃瓦茨率先在實驗室中進行「單一神經元測試」，如今科學家正在記錄人類單一神經元的道路上開疆闢土，目標是將神經元的訊號回傳到機器上。

書　名｜手術的發明（下）：從心臟支架、人工關節置換、腦部晶片，到終極賽柏格式電子人，植入物革命下現代醫療的未來
作　者｜ 大衛．史耐德（David Schneider）
譯　者｜黃馨弘
出版社｜鷹出版
出版日期｜ 2022 年12 月

每年，全球有上千萬人接受醫療植入物，
心臟支架、人工關節、人造水晶體、腦晶片…
當現代人的身體裡塞滿各種人工植入物，
救命、隱私、安全、倫理……最全面深入的探討。

在下冊中，作者著重在植入物革命在各個面向所帶來的挑戰上。從人工關節置換、心臟繞道手術、器官
移植，一路寫到試管嬰兒，甚至將針對人工植入物、移植手術和生物植入物的過去發展、現在進展，以
及未來賽伯格有機體將迎來的電子人時代，做了詳盡的介紹。也因應「植入物時代」的來臨，就相關醫
療環境的建置，包括醫材技術的突破、醫療保險的配套、醫療挑戰倫理和人性面向等等做出全面深入的
探討。

史耐德指出，由於新技術仍不斷改變手術實作和永久植入物的性質，這最終將是一場挑戰演化並創造機
器人未來的革命。本書為普遍大眾和醫療專業人員必讀之作，也是具教育意義和娛樂性的一本讀物，透
過本書我們甚至將前瞻人類醫學和人類這物種的未來，思考人類醫療的「下一步是什麼」。