6分钟科普：智能脑电波神经反馈训练

作者：Dr. young 

脑神经反馈训练可以针对行为背后的脑神经活动进行弥散式训练，从而帮助改善传统行为训练很难触及的一些自闭症核心短板问题：如社交动机、亲社会性等。神经反馈训练背后的机制是强化学习和神经可塑性。儿童期是很多能力发展的关键期、黄金期，也是人一生中神经可塑性最强的时期。

1、脑神经反馈训练是什么？

神经反馈训练技术，是一种安全的、非侵入式的改善大脑功能的方法，最早使用可以追溯到大约50年前。神经反馈训练技术是一种健脑方法，也是一种临床上用于辅助儿童神经发育康复的手段，在美国被用于多动症、自闭症、抑郁症和焦虑症的干预治疗已有多年历史。脑神经反馈训练的优点是不用吃药、不用手术，并且是针对大脑神经进行干预训练。

我们先了解一下脑电波。人类大脑里有上千亿个神经细胞，这些神经细胞之间传递信号、协调工作，几乎都是通过电信号。这些电信号从头皮外被记录到，就是脑电波。因为电的传播速度极快，所以脑电波包含的是大脑活动的实时信号。科学家发现，人和动物都可以调节自身脑电波的某些变化。

神经反馈训练的过程，是利用条件学习的原理，通过对脑电波的自我调节情况 (变强或变弱) 马上给予视觉和听觉的反馈/强化，形成学习效应，并通过神经可塑性改善或加强神经连接，最终在行为和功能上得到改善与提升。

那神经可塑性是什么？大脑工作的时候，需要许许多多的神经细胞一起运转，随着多次练习，神经细胞之间会长出新的连接、或者提高原来连接的效率——这就是神经可塑性：练习塑造了大脑。

关于神经可塑性的一个有名的例子，是“伦敦出租车司机的海马体”：伦敦的出租车司机随着驾龄增长，他脑袋中主管空间导航的大脑海马体体积也跟着变大，说明成年人的脑神经都还具有可塑性。小孩子的神经可塑性那就更厉害了：出生到6周岁期间，大脑的大小平均增长4倍，6周岁时候大脑容量已经达到成年期的90%。但一些重要的脑白质和灰质的结构性和功能性变化，会一直延续到青春期。

总的来说，脑电波神经反馈训练技术，是基于神经科学和行为科学的三个重要发现：德国科学家汉斯伯格在1924年首次记录到脑电波、俄国诺贝尔获奖者巴甫洛夫在19世纪末发现经典条件反射以及美国行为主义大师斯金纳1938年发现操作性条件反射（两种“条件学习”）。而熟悉自闭症干预的人都知道，斯金纳老先生正是应用行为分析ABA的鼻祖。

2、脑神经反馈训练有效性的科学依据是什么？

神经反馈训练技术的发明有点偶然。1968年，美国加州大学洛杉矶分校UCLA的Sterman教授在研究睡眠的过程中，偶然发现经过几个星期的训练，猫能够根据得到的反馈学会通过自我调节一种脑电波（SMR）来获得食物奖励。这项研究1970年发表在著名的《科学》杂志上。Sterman教授接下来的研究课题是测试一种火箭燃料（甲基肼）会不会引发癫痫，结果他们又一次意外发现，之前经过脑电波神经反馈训练的猫，对癫痫有强大的抵抗力。

接下来的半个世纪里，有大量的研究不断证明，人和动物都能够自我调控脑电波的变化，并引起大脑结构和功能上的改变。例如，有核磁共振扫描发现，经过一个星期的贝塔波（beta波）神经反馈训练，大脑灰质体积增加、白质连通性增加。2015年发表的一项研究则通过神经反馈训练成功建立了不同脑区间新的功能连接。2016年一项有安慰剂控制组的前额叶贝塔波（beta波）神经反馈训练研究发现，该训练所带来的脑电波改变能保持3年或更长时间。

最重要的是，神经反馈训练可以直接改善高级认知能力。斯坦福大学研究者2011年在《科学》杂志发表研究，证明猴子可以通过听觉视觉结合的神经反馈训练，学会自主改变前额叶的脑电波，而且这种改变直接影响的是注意选择能力，为神经反馈训练在多动症等注意力相关训练领域的应用提供了强大而且直接的科学依据。

基于二十多年的研究成果，美国儿科医学院AAP在2012年出版的指南中，将脑电波神经反馈训练作为多动症的一线疗法，将其证据支持力度评定为最高的一级。2013年，美国食品药品监督管理局FDA批准了一个基于脑电波的诊断工具NEBA，用于辅助多动症的临床诊断。

自闭症人群的脑电波也存在异常，主要表现为功能连接异常 (局部区域神经连接偏多，而跨区域远距离的功能连接偏少) 和反映镜像神经元系统的缪波（mu波）活动异常。而mu波与人的社交功能紧密相关（如动作意图理解、模仿能力、同理心等）。从2008年起，已有来自美国、荷兰、中国等国家的多项临床试验 (包括有随机双盲控制组的) 发现自闭症神经反馈训练能改善自闭症症状、改善自闭症儿童的社交功能、情绪识别能力和注意力。

对自闭症的社交和言语等核心问题，目前没有针对性的药物，只有对焦虑、自残等次级症状才有一些中枢神经药物可用，但副作用比较大。因此，像神经反馈训练这样的非药物治疗手段，一直是医生和科学家努力奋斗一个方向。现在的可穿戴脑电波设备和深度学习人工智能算法的结合，有望会为自闭症干预带来一些突破。

3、脑神经反馈训练有什么独特优势？

脑电波神经反馈训练是目前唯一在临床上得到较广泛应用的神经反馈训练技术，其它的手段都还处于实验研究阶段。脑电波神经反馈训练的突出优势有：

第一、脑电波的速度达到毫秒级别，是对脑神经活动的实时的、直接的记录，因此恰当的脑电波指标应该是对于认知能力改变最为灵敏的测量。

第二、对脑电波和对应脑功能的研究已经有近百年的历史，积累了很多真知灼见。而且随着人工智能技术的发展，神经反馈训练的算法已经大大改进，不再是简单的波幅（能量）的比值。

第三、高精度的脑电设备已经真正实现可穿戴化，可以用于学校、家庭等多种场景。最后，通过更精准的深度学习算法，和训练任务的精准化设置，智能神经反馈训练已经变得比传统的神经反馈训练更有效果。

4、结语

事实上，今年的6月15日，美国食品药品监督管理局（FDA）正式批准了一款美国科学家开发的针对多动症ADHD的数码“药物” EndeavorRx（一种根据脑电波等研究成功开发出来的治疗性游戏App）。我们期待，在不久的将来，也有针对自闭症谱系的类似数码“药物”问世，造福广大自闭症儿童和家庭。