推荐！中文版《军事人员的神经增强：概念和方法上的承诺与挑战》美加荷德意英等6个国家的11个国防研究机构联合发表，涵盖222篇文献的最新32页综述论文

作者

• Tad T. Brunyé是位于马萨诸塞州Natick的美国陆军DEVCOM士兵中心的高级认知科学家。他还担任应用大脑和认知科学中心的科学经理，以及美国马萨诸塞州梅德福市塔夫茨大学心理学系的客座副教授。

• Monique E. Beaudoin是美国马里兰大学学院公园分校情报与安全应用研究实验室（ARLIS）的副研究员科学家。

• Kathryn A. Feltman是位于美国阿拉巴马州拉克堡的美国陆军航空医学研究实验室（USAARL）的研究心理学家。

• Kristin J. Heaton是美国马萨诸塞州纳提克的美国陆军环境医学研究所（USARIEM）的研究心理学家和军事表现部门的副主任。

• Richard A. McKinley是位于美国俄亥俄州代顿市的美国空军研究实验室第711人类性能翼的飞行员生物工程部的认知和身体性能核心研究领域的负责人。

• Arcangelo Merla是意大利基耶蒂-佩斯卡拉G. d'Annunzio大学神经科学、成像和临床科学系的生物医学物理学副教授，以及红外成像实验室主任。

• John F. Tangney是位于美国弗吉尼亚州阿灵顿的美国海军研究办公室（ONR）作战人员性能部的人类和生物工程系统部门的主任。

• Jan Van Erp是荷兰应用科学研究组织（TNO）的首席科学家，也是荷兰屯特大学的有形用户互动教授。

• Oshin Vartanian是加拿大安大略省多伦多市的加拿大国防研究与发展组织（DRDC）的国防神经科学家。

• Annika Vergin是德国柏林联邦国防部国防规划办公室的未来分析助理科长。

• Annalise Whittaker是英国索尔兹伯里Porton Down国防科学与技术实验室（DSTL）人类系统组的科学家。

摘要

军事人员要在恶劣和不理想的条件下长期作战，其特点是严重的环境暴露、资源匮乏、身体和精神负担。在这些条件下的长期军事行动会使本已有限的感知、认知和情感资源退化，而这些资源是维持与任务有关的绩效所必需的。未来战斗空间的复杂的多域作战预计将进一步增加对军事梯队最低层的要求。这些要求的特点是，小部队在有限的补给和技术能力下降的恶劣环境中的作战时间越来越长。因此，确定新的训练和技术方法，使军事人员的表现得到持续、优化和加强，是至关重要的。国际国防科学界、学术界和工业界的研究已经为追求这一目标开发了几种有前途的神经科学策略，包括神经调节和神经反馈技术。本文回顾了六个参与国在认知神经增强研究和开发方面的技术现状。加拿大、德国、意大利、荷兰、英国和美国。回顾了六种神经调节技术，包括经颅磁刺激（TMS）、经颅聚焦超声刺激（tFUS）、经颅电刺激（tES）、经皮周围神经刺激（tPNS）、光生物调节和颅脑电疗刺激（CES）。考虑了三种神经反馈技术，包括使用脑电图（EEG）、功能性磁共振成像（fMRI）和功能性近红外光谱（fNIRS）来监测大脑状态，通过机器学习和人工智能实现反馈回路。参与国总结了利用这些神经调节和神经反馈技术中的一种或多种来提高作战人员认知能力的基础和应用研究。报告继续详述了认知神经增强的固有方法论挑战以及在这一领域进行研究、开发和工程实施的其他考虑。报告最后讨论了神经增强的未来发展方向，包括生物传感、改进的机械和预测模型及软件工具、开发非侵入性的深层大脑刺激形式、测试新兴的大脑和行为理论模型，以及开发闭环神经增强和人机协作方法。重点是概念和方法上的承诺，以及在作战人员的选择、训练、作战和恢复的背景下计划、执行和解释神经增强的研究和开发工作的挑战。

关键词：感知、认知、认知神经科学、神经增强、人类表现、经颅磁刺激、经颅电刺激、经皮外周神经刺激、经颅聚焦超声、颅脑电疗刺激、光生物调节、脑电图、功能磁共振成像、机器学习、人工智能、生物感应、人机协作、神经反馈

1.0 目的与目标

认知神经增强工具和技术有可能提高心理能力，并彻底改变军事人员从事苛刻作战任务的效力和效率。学术界、国防界和工业界的研究和开发工作已经产生了几种认知神经增强技术，其有效性、可靠性、安全状况和军事应用的准备程度各不相同。

北约人因和医学小组活动的主题是认知神经增强：技术和工艺（HFM-311），旨在整理和审查认知神经增强的最先进的研究、技术和工艺，包括（但不限于）神经调控和神经反馈。该小组报告了最近的研究和开发工作、经验教训、每种方法和方法组合的优点和缺点（包括不良的副作用）、北约参与者的最佳做法、科学/技术挑战，以及最终将神经增强技术部署到训练和行动中的其他重要考虑。

本报告的目的是总结HFM-311小组的研究活动和科学观点，重点是与增强认知性能、优化准备和复原力以及加速恢复和研究有关的一些成功和内在挑战。

2.0 引言

神经增强是基于神经科学技术和工艺来改变中枢和外周神经系统的活动并增强心理功能[1], [2]。心理功能是多样化和动态的，包括参与感知、认知和情感的大脑机制和过程。增强与优化是不同的。增强是指加速或放大个人和团队的表现，使其超过峰值能力，而优化则是指在面对逆境时保持峰值表现[3]。在此，我们考虑两种具体的神经增强形式：神经调控和神经反馈。

3.0 神经调控

神经调控是指将外源性能量引入中枢或外周神经系统，以改变神经系统的活动、神经递质和荷尔蒙活动以及情感和行为。在参与的北约国家中，已经考虑了五种主要的神经调控方法：经颅磁刺激（TMS）、经颅电刺激（TES）、经颅聚焦超声刺激（TFUS）、经皮外周神经刺激（TPNS）和颅脑电刺激（CES）。

3.1 经颅磁刺激(TMS)

经颅磁刺激（TMS）利用时变磁场，通过电磁感应过程在大脑中产生强大的电场，从而对神经元活动进行超阈值调控[4]。

改变rTMS参数以可靠地抑制或激发神经回路的能力表明，它对于选择性地改变皮质活动以提高认知能力具有潜在价值[5]。此外，针对参与多种认知过程的相对内侧脑区的能力，如内侧前额叶皮层、岛叶和前扣带皮层，为调控与军事行动相关的一系列感知、认知和情感过程提供了令人兴奋的机会。这些包括快速检测和辨别威胁、理解信息、解决问题和做出决定的能力，以及在压力和逆境条件下调节情绪反应。

对TMS和rTMS在认知增强方面的应用进行了回顾，发现有61篇已发表的论文表明，增强的过程范围很广，包括 "知觉辨别和运动学习、更快的眼球运动、加快视觉搜索和物体识别，以及在涉及注意力、记忆和语言的任务中表现出色" [5]。在该综述中，作者谈到了TMS的三类潜在增强机制：非特异性效应、直接效应和加-减效应。

非特异性效应与刺激方法的心理效应有关，它不是由于诱导的电磁场的任何直接影响造成的。具体来说，由于TMS设备的振动和点击而产生的感觉内促进和唤醒可以提高同时（甚至离线）任务的表现[6]。在接下来的章节中，我们会注意到，神经调节的非特异性效应也充斥在其他刺激方法中。

直接效应是指刺激对表面上参与成功执行认知任务的大脑区域产生的影响。在离线（任务执行前）和在线（任务执行期间）方案中都发现了脑刺激对认知任务执行的直接影响。例如，针对左背前运动皮层的离线兴奋性经颅磁刺激可以减少运动错误，增强新运动技能的巩固[7]。同样，针对顶叶皮层的在线兴奋性经颅磁刺激可以减少空间工作记忆任务中的反应时间[8]。

通过减弱而增加[5]，也被称为通过减弱而增强[9]，涉及到试图干扰对任务表现不太重要或反作用的大脑区域的功能。通过抑制大脑功能网络中一个或多个节点的活动，研究人员可以间接地提高对任务至关重要的大脑区域的功能。这种模式的出现有多种原因，包括一个节点对另一个节点的抑制作用的释放[10]，为一个关键节点释放代谢资源[11]，或降低对学习或任务表现不重要的自动过程[12]，[13]。

因此，有证据表明，TMS至少可以通过三种机制诱发认知性能的提高，为TMS在军事上的应用提供支持。潜在的应用包括加速知识的获得，促进记忆的保留或检索，或加速运动技能的训练。鉴于TMS设备的尺寸和有限的便携性，以及需要经过严格培训的技术人员进行正确操作，TMS可能最适合于军事教育和培训的背景。它也可能适用于加速从创伤性事件暴露中恢复。

例如，军事人员需要学习一些一般和专门的运动技能，包括全身运动模式（如战术演习、准备瞄准、负载时的协调运动），以及精细和粗大运动技能（如武器操作、车辆和飞机驾驶、设备装配）。复杂运动技能的训练通常是在训练设施或靠近训练设施的地方进行的，因此可能适合引入TMS来加速新运动技能的获得。埼玉医科大学（日本）的一系列研究表明，针对同侧初级运动皮层的rTMS可以改善运动技能的学习[14]-[16]。这些结果被认为是逐次加法机制的一个例子，对侧来源的半球间抑制的释放促进了同侧依赖的过程，并可直接应用于军事训练。

在军事训练环境中成功采用TMS（或rTMS）至少有五个挑战。首先，TMS设备的购买、操作培训和维护费用对大多数军事单位来说都过于昂贵。第二，TMS的管理涉及到雇用经过培训和认证的专家，以确保适当的系统定位和使用。第三，尽管许多引用的报告为TMS潜在的性能提升效果提供了令人信服的证据，但也有许多研究表明，刺激参数（如位置、线圈类型、频率、强度、持续时间、时间）的轻微和不明确的变化可以减少甚至逆转预期的刺激效果。第四，我们没有发现令人信服的证据表明，TMS所引起的任何学习或训练加速会长期保持和/或转移到类似但未学习的任务上。事实上，TMS对大脑的影响是非常短暂的；即使是高频率的rTMS，任何神经影响也仅限于刺激后的大约1小时。最后，虽然TMS在典型的电荷密度（≤40µC/cm3/相）下不太可能对脑组织造成伤害，但TMS可以引起罕见但有时很严重的副作用，如头痛、癫痫发作和听力损失[17]。

3.2 经颅电刺激(TES)

经颅电刺激（TES）使用直接或交流电在大脑上产生弥漫性电场，导致神经元膜电位的阈下调控。颅内电刺激有三种主要方法：经颅直流电刺激（tDCS）、经颅交流电刺激（tACS）和经颅随机噪音刺激（tRNS）。一个相对较新的进展是将tACS与直流电（DC）偏移结合起来，以创造振荡性tDCS（osc-tDCS）。

在TES中操纵了许多参数，包括电极本身的特性（如表面积、形状、数量）、头皮上电极的排列、以及刺激的频率、极性、强度、时间和持续时间。这些参数中的每一个都被证明可以调节TES对大脑功能和/或行为结果的影响的稳健性和/或可靠性[18]-[22]。

诱导神经元潜能的亚阈值调控和对神经元群体进行诱导或诱导的能力表明，TES对于粗略调控皮质活动和提高认知能力具有潜在价值[23], [24]。虽然tES被认为主要是调控相对浅表的皮质层[25], [26]，但许多分布式神经网络的关键节点都位于相对浅表的区域，如额叶控制网络、默认模式网络和背侧注意网络的节点[27]。这些网络负责不同的感知、认知和情感过程，这表明调节这些网络的节点会带来不同的下游神经元，甚至是行为的影响。

一些已经发表的评论[23], [24], [28]，详细说明了TES对提高认知能力的潜在作用和局限性。这些评论基本上得出了以下结论。首先，许多精心设计的高功率实验证明了TES对一系列认知任务的积极作用。第二，通过荟萃分析的方法来了解TES对认知性能的影响，如警惕性、工作记忆或执行功能，发现结果不一[19], [29]-[34]。第三，实验方法多种多样，可能是导致tES对认知能力影响不同的原因。检验tES对认知功能影响的研究使用了大量的参数，包括刺激设备本身、电极类型和数量、刺激极性、强度和持续时间，以及在线与离线刺激[35]-[37]。第四，研究界缺乏一个普遍接受的机制理论来解释TES对大脑和行为的影响。许多理论已经被提出来，详细说明了tES的分子、细胞和电生理效应，以及它们如何与行为功能的改善相联系[38]，但每个模型只能说明现有tES研究结果的一部分，这说明需要通过实验和计算模型来获得更全面的机理理解。第五，将tES与其他强化干预措施相结合，如药物、运动和认知训练，是一个令人兴奋但研究不足的课题[39]。

因此，有一些证据表明，tES可以改变认知表现，尽管效果大小是小到中等的，而且不同的研究和实验室的结果是高度不一致的。在军事训练或作战环境中成功采用tES，有几个挑战。

首先，现有的研究没有显示出足够一致或令人信服的结果，以保证在非研究环境下的近期采用；在许多情况下，TES可能证明对调节行为无效，更糟糕的是，它可能大大降低性能[40]-[44]。其次，长期的安全性和敏感度尚不清楚，长期、重复使用tES有可能对大脑结构、功能和疾病产生未知的影响[45]。任何这样的风险都可能因神经元对重复使用TES的脱敏而导致强度或时间增加而加剧。第三，虽然许多消费者级别的设备在公开市场上可以买到，但绝大多数的TES研究都是使用符合更高制造和监管准则的研究和/或临床级别的设备。因此，如果没有令人信服的科学数据来证明消费级设备所产生的效果的可靠性和稳健性，采用这些设备是不成熟的，而且有潜在的危险[46]-[48]。第四，没有正式的临床认证来安全、可靠地准备和实施TES方案，这就带来了TES的实施会出现高异质性、低质量控制和可靠性以及意外和潜在的危险结果，如皮肤刺激、电灼伤、头痛和偏头痛的风险[45]。

尽管存在挑战，国际军事界已经开始在研究和训练环境中采用tES。在美国，陆军、空军和海军已经广泛发表了关于提高性能的tES主题，承认在实验室任务中急性和长期给药的潜在收益，以及与未来应用于训练和行动有关的许多挑战[3], [41], [49]-[60]。

3.3 经颅聚焦超声刺激(TFUS)

经颅聚焦超声刺激（tFUS）利用超声频率的压力波对下层组织进行无创但高度局部（毫米级）的刺激，从而产生超阈值的神经调节作用[61]。经颅应用超声可以激发和抑制神经元发射率的可能性并不完全是新的，在20世纪中叶就用猫证明过[62]。从那时起，经颅超声对神经元活动的影响已在一些动物模型中得到研究，包括大鼠、兔子和猴子[63], [64]。

在人类中使用tFUS的研究非常有限，而且主要局限于测量tFUS给药后的感觉影响。例如，用tFUS瞄准初级体感皮层（S1）可以改善感觉辨别能力[65]，直接唤起手指和手的感觉反应[66]，并改变感觉诱发电位[67]。最近的研究还表明，针对初级视觉皮层（V1）的tFUS效果可以产生视觉磷光，激活大脑网络（通过功能性磁共振成像记录；fMRI），并改变EEG活动[68]。tFUS也可以用于适合针对皮层下大脑结构的深层焦距；在一项研究中，研究人员能够针对丘脑，改变感觉诱发电位和感觉识别任务的表现[69]。

鉴于tFUS刚刚开始用于提高性能，它在短期内应用于军事领域存在相当大的障碍。虽然诊断性超声有安全指南，但tFUS没有正式指南，也没有系统和严格的研究概述tFUS在人类应用中的安全状况。事实上，有许多与tFUS给药相关的参数可能与其安全状况和对神经元活动的影响相互作用；这些参数包括tFUS给药的频率、强度、持续时间、刺激间期和脉冲重复期，以及由此产生的机械指数（MI）、热指数（TI）和颅骨热指数（TIC）[70]。这些参数尚未被全面定义或建模，它们对人类脑组织的机械和热效应的独立和互动影响，而不考虑它们对神经元活动或行为的影响。由于这些原因，据我们所知，tFUS迄今还没有在军事研究中被采用。

3.4 经皮外周神经刺激(TPNS)

TMS、tES和tFUS旨在直接调节中枢神经系统的活动，而经皮（也称为经皮）外周神经刺激（tPNS）以外周神经系统的活动为目标，分别旨在直接和间接调节外周和中枢神经系统的活动[71]。目前有两种主要的tPNS形式，包括经皮迷走神经刺激（tVNS）和经皮三叉神经刺激（tTNS）。这两种技术都涉及粘贴两个电极，通常是在前额或耳朵的主要感觉分支附近，并施以低强度（如2-4毫安）的交变（如8赫兹）电流。通过迷走神经和三叉神经对脑干核的支配，刺激这些外周神经的传入投影可能会对与认知功能有关的大脑皮层区域产生上游效应，如脑室（LC）和网状结构[3], [71]- [73]。

为了测试这种机制对认知的影响，一项研究施用taVNS并评估其对错误后速度的影响，这是一种心理现象，即参与者在犯错后通常会放慢速度[74]。结果显示，相对于假药，taVNS增加了错误后的速度，作者认为这是taVNS调节认知过程的证据，被认为是依赖于NE释放。自错误后研究以来，更多的研究补充了这项工作，证明了taVNS对老年人的脸部名称联想记忆[75]、条件性恐惧消除潜伏期[76]、发散性创造性思维[77]、以及多任务和抑制性控制[78]的积极影响。也有一些证据表明，即使是短时连续的taVNS给药也能可靠地降低特定脉宽（500µs）和频率（10-25 Hz）的心率[72]，并减少交感神经系统的活动，如心率变异性增加所表明的[79]。

虽然这些神经生理学和行为学方面的研究结果并不像tES那样多，但它们提供了令人信服的初步数据，表明taVNS可能在NE调节可能被证明是有利的情况下提供效用，如在奖励学习期间[80]，在调解压力引起的认知性能下降[81]，[82]，以及在许多临床疾病中[83]。毫不奇怪，taVNS已被追求其在军事性能提升方面的潜力，特别是由美国陆军研究实验室[72], [72]。这些研究大多是相对基础性的，提供了对taVNS如何影响静止的大脑活动和心脏生理学的新认识。鉴于taVNS在调节交感神经系统活动方面的潜在有利影响，值得考虑它在缓解压力条件下的性能下降方面的潜力。

经皮三叉神经刺激（tTNS）受到的关注远远少于taVNS，但它具有改变压力反应和焦虑的潜力。三叉神经或第五颅神经在头皮和几个面部和口腔区域有多个传入投射[84，第197页]。三叉神经支配着脑室、网状结构、丘脑和多个皮质区域，可以通过对面部或头皮周围的传入神经突起施加低强度的经皮交流电进行刺激。刺激三叉神经在治疗神经精神疾病[85]、[86]、偏头痛[87]和癫痫[88]方面受到极大关注。

在美国，据我们所知，只有一个项目正在研究TNS对神经系统功能和行为的影响，该项目由美国国防部高级研究计划局（DARPA）赞助，名为定向神经可塑性训练（TNT）。该项目正在研究TNS对NE和多巴胺反应、人类学习和记忆、威胁探测能力和射击训练的影响。

3.5 颅骨电疗刺激(CES)

颅脑电疗刺激（CES）是一种神经调节工具，用于治疗一些临床疾病，包括失眠、焦虑和抑郁症。它是通过在皮肤表面双侧解剖位置（如太阳穴或耳垂）放置两个电极的方式进行的。与tPNS一样，CES可能诱导外周神经的阈下调节，间接地调节中枢神经系统的活动[89]。研究CES治疗这些疾病的效果的研究一般都设计得很差，或者显示出很高的利益冲突的可能性；这些研究的结果在为CES提供支持方面一般不一致，尽管没有研究显示CES会加剧这些疾病的症状[90], [91]。

最近，数量非常有限的研究对CES在健康、非临床样本中改变情感、生理和行为进行了研究。这些研究表明，CES可以改变对急性压力的主观焦虑感，但没有令人信服的证据表明这些变化伴随着预期的内分泌反应，如在压力源期间或之后α-淀粉酶或皮质醇水平降低[92]-[96]。CES效应背后的生理、神经化学和新陈代谢机制目前还不清楚。计算模型表明，在耳垂上用CES给药的电流可以在很低的强度下到达皮层和皮层下区域，用脑电图（EEG）和磁共振成像（MRI）的研究表明，在CES给药期间，对α波段EEG活动有一些影响，并对默认模式网络进行调制[89], [97]-[102] 。

在我们对在临床和非临床人群中使用CES的研究的回顾中，我们发现了严重的方法学问题，包括潜在的利益冲突、方法学和分析偏见的风险、假象可信度的问题、缺乏盲法、以及所选CES参数的严重异质性和雇佣者的表现对于支持在军事训练、行动或恢复期间使用CES至关重要，确保CES的任何好处超过了不良事件的风险，而不仅仅是由于安慰剂效应。例如，美国陆军CCDC士兵中心正在测量和推进士兵战术准备和有效性（MASTR-E）计划的背景下进行这项研究。

4.0 神经反馈

神经反馈是生物反馈的一种形式，涉及对神经信号的实时监测，如通过EEG或fMRI，并将该信号呈现给参与者（如视觉、听觉），协助他们调节自己的神经信号和行为[103]。通过神经反馈的闭环过程，参与者学会了如何自愿地调节自己的神经活动和行为，有可能应用于临床康复[104],[105]、治疗[106]和人类表现[107]。

科学家们还没有对神经反馈效果的单一机械性解释做出定论，关于科学和应用状况的争论仍然存在。例如，一些人质疑在现有的神经反馈研究中发现的小样本量（即许多低于n≤20）、不一致的假象和对照程序、关于理想的疗程数、疗程持续时间或疗程间时间的未知数，或神经反馈效应的持久性和普遍性[103], [108]-[111]。此外，一些研究表明，即使是在非静脉闭环反馈（如随机信号或其他参与者的信号）的情况下，神经反馈也能证明是有效的，这表明仅仅相信神经反馈和/或参与认知控制网络可能是一些神经反馈效果的基础[112], [113]。

尽管科学的不确定性，国际国防研究已经追求神经反馈的若干应用，包括注意力训练和加速知识的获得。例如，在美国，DARPA和陆军研究办公室（ARO）以及陆军研究实验室（ARL）已经资助了神经反馈研究，研究关于唤醒状态的EEG生成的神经反馈是否可以影响生理信号（瞳孔直径和心率变异），并改变压力下的避开边界任务的表现[114]。作者发现有证据表明，在真实的（相对于假的）神经反馈条件下，唤醒反应减少，而在边界回避任务中的表现更出色。ARO和ARL也资助了一些研究，试图开发神经反馈对大脑和行为的更全面的机制模型[115]。空军研究实验室资助了使用fMRI神经反馈训练工作记忆能力的研究，证明了相对于对照组而言，在n-back任务上有明显的提高[116], [117]。

5.0 神经增强的方法学挑战

与任何新生的科学学科一样，存在一些方法上和概念上的挑战，使其难以设想在近期内应用于军事训练或行动。本节将详细介绍其中的一些挑战。

5.1 副作用和不良事件

实验和荟萃分析研究表明，不同的神经增强技术有不同的副作用和不良事件。经颅和经皮电刺激通常会诱发刺痛、瘙痒、灼热、疼痛和疲劳的皮肤感觉。大多数参与者在使用经颅电刺激时至少会出现一种皮肤刺激症状[118]，而使用taVNS时出现这种症状的参与者要少很多[119]。TES的不良反应往往是短暂的，主观强度为轻度至中度[45], [120]-[122]。

对于TMS，风险包括癫痫诱发、躁狂症、头痛或局部疼痛、听力变化、电极烧伤或脑组织过度加热[123]。据估计，在非癫痫样本中，高频经颅磁刺激诱发癫痫发作的风险低于1%，过度狂躁症很少见，但在左前额高频经颅磁刺激中可能出现，经颅磁刺激中经常出现一过性头痛或颈部疼痛[124]，其他风险可忽略不计或没有报告[123]。

对于tFUS，对参与者（7个实验中的N=64）报告的tFUS给药后的副作用的回顾表明，没有严重的不良反应，但有大约11%的轻度到中度的副作用[125]。这些副作用包括困倦、焦虑、肌肉抽搐、注意力不集中和颈部疼痛，类似于TES或TMS的一些副作用。另一篇评论表明，当刺激强度超过安全标准时，可能会发生脑部微出血，也可能无意中打开血脑屏障，以及神经元损伤或死亡[70]。

对于CES，最常报道的副作用是眩晕、皮肤刺激和头痛[126]，估计约有1%的时间发生[127]。在设备制造商发布的用户手册和报告中，指导意见是降低刺激强度以减轻任何报告的副作用；当然，在研究环境中，这种策略会导致不同参与者的刺激强度不同。在不是由与CES设备制造商有关的作者进行或发表的研究中，副作用的频率是混合的。在一项研究中，25%（3/12）的参与者由于对头晕或头痛的副作用感到不适而自我放弃。在另外两项研究中，报告的副作用在主动和假的CES组之间没有明显差异[128], [129]。

对于任何使用磁场或电场来改变神经元活动的设备，也有一种风险，即长期、重复使用这些设备可能以未知的方式永久地改变大脑形态或功能连接。长期的流行病学研究可能被证明对阐明这些风险很有价值，特别是随着设备在消费者中的可用性以及家庭和职业使用的不断增加。

5.2 偏倚风险

Cochrane偏倚风险（RoB 2）工具提供了一种机制，用于正式确定随机试验中可能存在的偏倚风险[130]。在评估偏倚风险时，包括五个关键领域，包括随机化过程中产生的偏倚、偏离预期干预措施、结果数据缺失、结果的测量和报告结果的选择。

随机化过程包括以充分隐蔽的方式将参与者随机分配到干预组，并对干预组之间的基线差异进行评估和控制。例如，在一项考察经颅磁刺激对初级运动皮层运动序列学习影响的研究中，参与者被分配到干预组，而没有报告随机分配[131]。在检查使用tDCS、taVNS和CES的研究时也发现了类似的报告缺陷[19], [79], [132]。

偏离预定的干预措施涉及参与者和/或研究人员没有充分地对分配的干预措施进行保密。大多数TDCS研究是单盲的，而不是双盲的，这增加了干预措施没有充分隐瞒参与者的可能性[19]。即使对参与者进行保密，主动和假TDCS条件下的皮肤刺激性差异也会使参与者意识到他们所分配的干预措施[133]。这并不是TDCS的独特之处；设计适当的假象程序以有效地蒙蔽参与者，对任何神经调节技术都是一种挑战。例如，主动TFUS可以引起视觉磷光，而在假象条件下是不存在的[68]，假象TMS程序可以引起感觉和运动的副作用，可以选择性地和可靠地改变任务表现[134]。

结果数据缺失涉及报告没有涵盖所有的参与者、操作、措施和结果数据。我们使用 "在其他地方发表"、"单独报告"、"参与者被排除"、"大型研究的一部分 "和 "数据被排除 "等术语对神经增强研究进行了审查，以评估已发表作品中参与者和/或数据遗漏的频率。在tES、TMS、taVNS、tTNS、CES和Neurofeedback等领域，发现了数千项研究。重要的是，其中许多情况要么没有充分说明遗漏参与者、措施或数据的理由，要么遗漏的方面最终没有在其他地方发表（到目前为止）。例子包括在不同的出版物中以不同的排除标准报告tES的行为和神经科学结果[135]，在不同的出版物中报告神经反馈效果的主观和客观措施[136]，以及在没有充分统计学理由的情况下将参与者排除在分析之外[137]。

结果的测量评估了所选择的测量结果的方法是否合适，在不同的干预条件下是否一致。例如，对神经反馈研究的一个批评是，结果测量在多大程度上充分反映了知识或技能的转移[103], [138], [139]。事实上，通过正式的分类法选择适当的近、中、远期转移的措施是很重要的，但也非常具有挑战性[140], [141]。

报告结果的选择评估了分析和报告结果是否全面，是否遵循先验计划，而不是从多个分析的结果中 "偷梁换柱"。遗憾的是，经常看到神经强化出版物有选择地报告某项任务的反应时间或准确性，而省略对其他措施的分析[142]。鼓励按照预先规定的计划进行报告的一种方法是注册报告，即在收集数据之前提交一份详细说明所有假设和分析的手稿[143]。神经强化研究将受益于这种机制，它有助于减少对无效或意外结果的内在抑制。

5.3 可复制性

科学家们认为，在心理科学领域发表的正面结果过多，导致了一些人认为存在"复制危机"[144]。在最极端的情况下，科学家们认为，目前机构对发表正面结果的激励导致了一种估计，即 "目前发表的大多数研究结果都是假的"[145]。在另一个极端，一些科学家认为，复制的尝试是在浪费时间，并扼杀了创造力（也许是创造力被扼杀的结果）[146], [147]。介于这两者之间的是一种更进步的观点，认为即使是明显的复制失败，也可能对推进实验方法和理论的发展有参考价值[146]。

关于科学如何进步的一种理论是，经历了对激动人心的创新方法和结果的最初热情、提出若干机械和概念模型和理论、围绕一种方法的总体模糊结果的积累，然后对一种现象及其相关理论慢慢失去兴趣的阶段[148]。从长远来看，这些理论中有许多被忽视，而不是被正式证伪，而且有一种趋势（称为衰退效应），即随着时间的推移，一种现象的强度会随着后续研究或复制尝试的进行而减弱[149] 。

神经强化研究也不能幸免于复制危机，科学家和从业者在解释来自低功率或可能有偏见的研究的创新技术的强烈主张时必须谨慎。在神经反馈领域，研究被批评为没有足够的方法细节来支持复制的尝试[150]，样本量过小[151]，以及可重复性有限[152]。类似的批评也出现在tES[11]、[31]、[32]、TMS[153]-[155]、CES[132]、[133]和经皮外周神经刺激[76]、[156]方面。随着更多的复制尝试和原始研究的进行，较新的神经增强技术，如tFUS，很可能会遇到此类批评。

为了提高研究的可复制性，神经增强研究可以做几件事。首先，科学家和出版商应该促进和执行样本大小，使其力量最大化，并使第一类错误的可能性最小化。小的样本量和低的统计能力破坏了我们识别真实效应的能力：众所周知，低能力的研究不太可能发现真实的效应，当发现效应时，其预测价值很低，而且任何已识别的效应的大小都可能被夸大[157, p. 201]。第二，科学家、机构和出版商应该对报告无效或反直觉结果的稿件给予同等重视，前提是符合样本量标准[158]，[159]。对正面结果的出版偏见不仅发生在原创科学中，也发生在复制尝试中，并污染了理论发展和通过荟萃分析对结果进行的系统汇总[160]。第三，注册报告和开放数据共享是减少出版偏见、提高科学透明度和可复制性的有效工具[159，第20页]。

5.4 参数的异质性

每种神经增强技术都有无数的参数，这些参数的选择和操作往往是不一致的或没有充分的理由；相反，在许多情况下，神经调节参数的选择是由于熟悉或方便。此外，很少有计算模型试图描述和预测独立和互动的参数操作对人类表现结果的影响。

对于TMS和rTMS，参数包括训练的数量和持续时间（在一个区块内连续重复刺激）、训练间隔、刺激部位和强度以及应用脉冲的数量[161, p.]。对于TES，参数包括电极的数量和类型、刺激部位，以及刺激的时间、强度、频率和持续时间[19]，[30]，[121]。本报告中确定的所有其他神经增强技术也存在类似的复杂参数空间。

其结果是高度异质性的文献，不仅限制了可复制性，而且使优化参数空间以促进可靠和稳健的性能结果成为挑战。美国陆军的元回归建模工作旨在更好地描述和优化TES的参数空间，提供更有针对性的参数选择，以适应环境和任务，增加实现对人类性能的积极影响的可能性。

5.5 利益冲突

当专业判断或活动，如选择实验条件或分析和报告哪些数据，受到经济利益等次要利益的影响时，就会发生利益冲突（COI）[162]。例如，当研究由神经增强技术的制造商或零售商赞助时，这可能会干扰以诚实、有条理或合理的方式进行研究的主要利益。此外，当科学家或从业者与任何从研究结果中获益的实体合作，或以其他方式参与建立、维持或管理这些实体时，就会出现COI。

消费者级别的神经增强技术的扩散，使COI成为报告科学完整性的一个相当大的风险。例如，在我们对CES文献的审查中，我们发现至少有一半的CES研究报告是由CES制造商资助的，或者是由CES制造商或零售商的创始人、所有者、管理层或董事会成员撰写的[126], [127], [163]-[166] 。当然，这些作者会从积极的研究结果中获益，增加了研究结果受到潜在的利益冲突影响的可能性（有意或无意）。

6.0 神经增强技术的其他挑战

该小组确定了在军事环境中开发和应用认知神经增强技术的另外几个重要考虑因素。本节总结了这些考虑因素。

6.1 伦理方面的考虑

神经增强的研究和技术发展激发了许多科学家、从业者和哲学家对改变大脑结构或功能、思维过程和行为的伦理基础提出质疑[167]。思考神经强化的伦理意义的一种方式是，除了安全之外，还要关注以下原则：受益、自主和公正（beneficence, autonomy, justice）[168]。

受益涉及到以有利于他人的利益为目标的行动，例如通过仁慈或慷慨的方式。在研究中，受益原则与利益最大化和风险最小化以及无害化有关，是研究方案审查的基石[169]。当任何特定技术的长期影响相对未知时，计算与神经增强技术相关的成本效益分析可能很困难。正如兴奋剂的使用有长期成瘾和滥用的风险一样，神经调节技术可能会对健康产生长期的负面影响，这可能会因为商业设备的可用性和缺乏FDA的监督而得到加强。

自主性包括尊重和避免对每个人的自我管理能力和权利的不适当影响。考虑到选择服役涉及到限制一些自我管理，军事人员为自主权提供了一个独特的案例[167]。这种情况增加了胁迫的可能性，并使军事人员面临不适当的安全风险。虽然在某些情况下，神经增强可能有望减少受伤或死亡的风险[170]，但在其他情况下，结果可能是未知的。事实上，任何旨在外在地改变大脑活动、思想、性格和行为的干预措施也可能会降低个人的自我管理能力。这种可能性并不是军人特有的，但鉴于人们希望顺应潮流和追求卓越，这种风险可能会被放大。

公正，特别是分配的公正，决定了在使用和获得神经增强技术方面的不平等应该被最小化[167]。换句话说，如果性能确实可以被可靠和稳健地增强，那么谁应该有机会获得这种能力？我们很容易想象这样一种情况：只有那些能够负担得起消费性神经增强技术的人才能从其对绩效的影响中获益，从而扩大差距，降低分配的公正性。另一方面，有些人认为，增加消费者对神经增强技术的使用，最终会使社会整体变得更好，因为社会经济地位的各个层面最终都会获得好处[171, p. 200]。

除了有益性、自主性和公正性之外，还有一些额外的伦理考虑。其中包括与神经增强技术影响下自我管理能力下降有关的法律问题[167], [172]，过程与结果的卓越性之间的区别[173]，以及对社会的人格概念的潜在威胁。在对神经增强技术的监管方面也存在差距，特别是相对于其他旨在提高成绩的兴奋剂和药品而言[174，第20页]，这表明有必要建立全面的框架来理解和模拟神经增强的伦理，并为该领域的监管提供信息。

在军事背景下选择和部署神经强化技术的政策和程序是非常必要的，以支持安全和有益，并保护个人自主权。

6.2 净零和收益

许多理论模型试图捕捉可能解释和预测神经增强对认知性能影响的机制。在经颅电刺激领域，这些理论包括平衡效应、滑动尺度、输入特异性、随机共振、活动选择性，以及通过夹带振荡模式的增强[11], [38]。许多现代理论依赖于滑动尺度模型，认为正极刺激会增加神经元的兴奋性（去极化），而阴极刺激则相反（超极化）。

一种滑动比例模型，即零和模型，表明刺激通过对各种脑区的拮抗性调节而导致净零和收益[11]。该观点认为，有限的代谢资源和大脑区域固有的相互依赖性将产生这样一种情况，即一个区域的激活可能完全被另一个区域的失活所补偿；换句话说，通过神经增强所经历的任何收益可能涉及到将共享的能量资源重新定向到上调的区域或网络。关于这个问题的评论表明，使用非侵入性大脑刺激的结果中，有多达近一半的结果可以用零和模型来解释[5], [175]。如果是这样的话，许多现有的研究在单一领域（如工作记忆、情绪调节或运动输出）内考察神经增强方法的效果，可能高估了在要求更多样化的中央处理的更现实的背景下可以实现任何增强的程度。

事实上，军事行动涉及众多感知、认知和情绪过程之间的互动，以实现持续和准确的表现。可能的情况是，任何确定的优势，例如在抑制性控制方面的优势，可能伴随着不同领域的未知的负面影响。例如，通过以dlPFC为目标的tES对前额-顶叶控制网络的上调[176], [177]可能会引起代谢资源从其他大脑网络，如显著性网络的重新定向[178]。在这种情况下，神经增强的表现可能确实会诱发依赖于执行控制的增强过程，如在任务集之间灵活转换，或抑制预先的反应；然而，这种增强可能伴随着检测和关注突出的、目标相关的事件的能力下降。这种权衡可能会对军事背景下的作战表现产生不利影响：虽然这种类型的神经增强可能会提高，例如，在无线电通信和关注与一群平民的互动之间灵活切换的能力，但理论上它可能会导致同时增加检测环境中重要变化（例如，武器的出现）的延迟。在这一点上，任何净零和效应将如何在宏观层面（如神经网络）或微观层面（如细胞内机制）实现，任何神经成本是否会被证明对行为有代价，任何此类成本可能持续多长时间，以及它们是否在所有情况下都是可逆的，都是未知数。

在认知科学和国防科学的交叉点上继续研究，在计算成本效益分析时必须考虑这些参数；要做到这一点，这种计算必须以实证研究结果为依据。这表明，研究的目的不仅在于了解神经增强策略对感兴趣的目标过程的影响，而且还在于了解可能不直接感兴趣但可能对现实世界的运作和最终的军事应用很重要的过程。

6.3 未定义人类表现的生物极限

人体增强的概念在与它的测量和推广有关的文献中引起了一些争论。该小组讨论了一个具体的争议，即如果神经增强的目的是提高人类的能力，使之超过以前可达到的水平，那么我们必须可靠地量化以前可达到的水平。如果不建立这一重要的性能基线，就没有任何有意义的方法来确定是否发生了作为任何神经增强干预功能的增强。有两种主要的方式来提高概念化性能。首先是相对于非增强状态的简单性能改善；例如，对前额叶皮层实施主动TDCS可能会加快相对于假的工作记忆能力训练。有些人可能会认为这是一种性能增强的形式，相对于控制条件，随着时间的推移，提高了准确性、反应时间或敏感性等指标。

概念化性能增强的第二种方式是相对于人类生物标准的改善。在这种情况下，性能的提高需要超过生物规范[179, p. 201]。生物规范可以通过定义人类表现的理论极限在人群层面上进行评估，也可以通过了解团队的峰值表现在团体层面上进行评估，还可以在个人层面上进行评估。我们认为，在这些分析层面上，峰值表现都没有得到充分的定义。

让我们考虑一下简单反应时间的情况。在一个简单的反应时间任务中，一个刺激以一种或多种感官模式呈现，参与者的任务是尽可能快地对刺激的开始做出反应[180]。例如，一个视觉刺激（一个点）可能以伪随机的间隔呈现在电脑显示器上，被试者可能通过按键盘上的空格键对其呈现做出尽可能快的反应。

人类简单反应时间的生物学极限是什么？在目前的例子中，让我们不考虑计算机硬件和软件所固有的时间和延迟问题、刺激发生不同步（SOA）的影响、激励、动机、注意力、准备性运动反应和练习的潜在影响[181], [182]以及任何其他实验参数。相反，让我们只考虑人类的生物系统，它提供了一些处理反应时间的生物限制问题的方法。

一种方法是考虑人类视觉和运动系统的模型，以及理论上人类对视觉刺激的感知和反应的最低延迟。在这些模型中，视觉感觉将从光线照射到视网膜并激活光感受器开始，引发一连串的神经活动，通过丘脑的外侧膝状核，并到达初级视觉皮层。然后，信息将通过更高层次的视觉皮层，并通过背流通路传到皮层的顶叶和额叶区域。从视网膜到初级视觉皮层，脑磁图（MEG）研究表明，神经延迟平均为71毫秒[183]。再往前走，初级视觉皮层和初级运动皮层之间的间接抑制性联系相对来说是低延迟的，被认为是在大约15-20毫秒的范围内[184]。因此，从理论上讲，视觉信息被感知和信息传播到初级运动皮层并有可能在传出运动指令中发挥作用的时间应该少于100毫秒。使用MEG和肢体肌电图（EMG）记录的研究表明，从视觉刺激开始到肌电图开始（例如，手臂运动）大约需要160毫秒，这表明运动指令的启动大约需要60毫秒[185]。同一研究表明，在EMG活动开始后，运动还需要70毫秒的时间。这些研究结果表明，人类的视觉运动系统平均需要230毫秒来感知、解释和对视觉输入作出运动反应（即穿越刺激编码、刺激-刺激转换、刺激-反应转换和反应选择等阶段[186]）。对简单反应时间的经典回顾发现了类似的结果，平均约为220毫秒[187，第1页]。当然，对视觉反应时间220-230毫秒的估计只是一个更大的分布的平均值，它有左右两条尾巴；左边的尾巴特别有趣，因为它有可能说明加速反应时间的生物极限。

不幸的是，大多数报道的简单反应时间数据都要进行离群点清除，这通常会清除低于或高于标准值的数据；例如，在探索现有文献时，一个例子研究使用了110-1000毫秒的反应窗口，清除了任何低于（被视为过早）或高于（被视为延迟）这些标准的反应时间[188]。其他研究则使用了100-1000[189]、[190]、100-500[191]的窗口，或只使用150毫秒的下限[192]。在试图定义反应时间的理论最小潜伏期周围的分布时，选择数据排除的可变阈值引入了不确定性。

第二个主要挑战是在任何反应窗口可靠地分离过早反应和有效反应。例如，如果受试者在110毫秒内对视觉刺激的开始作出反应，那么该反应应该被认为是有效的还是过早的（即假警报）？如果反应发生在视觉刺激开始后99毫秒内呢？我们确实遇到过一项研究，试图将反应时间的分类界限定义为非常好、好、正常、不坏或坏的延迟[193]。在一个简单的反应时间任务的表现高峰期，作者认为反应时间会下降到190ms以下。然而，这一建议是在对10名大学运动员进行了总共约20分钟的测试后得出的。

另一种技术是尝试测量个人或群体的最佳表现，然后询问神经增强是否可靠地导致对该基线的偏离。例如，科学家可以测量一个人在无数情况下的反应时间，在一天中不同的时间、温度、水化和营养状态、兴奋剂消费水平、动机状态和睡眠状态。只有通过确定环境变量的最佳组合，科学家才能够测量出个人的真正峰值表现。当然，我们需要有足够的巅峰表现的样本来描述这种分布的性质，并能与神经增强状态下的表现进行统计比较。在这种情况下，只有当神经增强方法导致个人的峰值表现明显（从统计学意义上讲）超过已确定的峰值表现时，才会发生增强。

即使在简单的反应时间领域内，确定的峰值性能基线在不同的感觉模式中可能会有很大的不同。例如，听觉系统一般比视觉系统快，而触觉系统一般比听觉系统快[191], [194]。多感官输入甚至比单一模式更快，这种现象被称为冗余增益[195]。因此，即使对于人类最基本的行为，即简单的反应时间，在充分定义峰值性能方面也有相当的复杂性。在考虑涉及相对较高的中央处理需求的任务时，情况可能只会变得更加复杂。例如，反应抑制和解决问题的任务在参数上是特别异质的，引起高度可变的性能，并受到许多内源和外源因素的影响。

7.0 神经增强的未来方向

该小组确定了在军事环境中开发和应用认知神经增强技术的另外几个重要考虑因素。本节总结了这些考虑因素。

7.1 改进机制模型和软件工具

现有的神经增强机制模型，包括非侵入性脑刺激和神经反馈，都非常有限。例如，粗略的文献回顾表明，仅在过去一年中，就有数百篇发表的论文将正极TES称为兴奋性，而将阴极称为抑制性。这种简单直观的正极和负极刺激的二分法避开了神经元、电场电位、神经回路和行为结果之间固有的复杂的相互作用[196], [197]，并通过建模和经验工作一再被证伪。例如，神经元相对于诱导电场的方向可以不同地产生神经元膜的去极化和超极化[198], [199]。考虑极性对具有不同形态和功能的神经元的影响时，也会出现同样的挑战[200]。科学家们继续依赖这种过时的机理模型的事实表明，需要有更新、更广泛的模型，试图利用滑动尺度模型的明显的直观性。

大脑刺激，至少包括TMS[201]和TES[200]，可以对大脑和行为产生非线性效应，这种可能性给现有的机制模型带来了挑战。当然，这也为确定现实世界应用的潜在刺激强度和持续时间带来了挑战，特别是如果不同的人表现出不同的刺激非线性效应[202]。非线性模型，如使用神经网络吸引器模型的模型[200]，具有帮助定义和优化个人、环境和任务的刺激方案的潜力。如果这些模型在生物学上是合理的，它们可以指导在实验室和现场环境下优化刺激方案的验证工作，帮助弥补基于模型的模拟和真实世界行为之间的差距。

一旦开发出对大脑和行为的神经增强效应的更强大和验证的机械模型，就有机会开发软件工具，以指导在军事背景下使用神经增强工具。终端用户、培训师和指挥官可以使用这种工具，以增强军事单位的竞争优势。现有的随研究级和消费级TES设备分发的软件工具通常提供基本的参数操作；例如，消费级的Foc.us v3设备允许用户选择各种TES波形（tDCS、tACS、tRNS）、强度（0.1至2.0mA）和刺激持续时间（最长40分钟）。研究级设备，如Neuroelectrics（西班牙巴塞罗那）和Soterix Medical（纽约）的设备，提供高度灵活的参数操作，配套的软件可以预测和优化特定蒙太奇、皮质和皮质下目标的电流传播。然而，没有提供指导，以根据个人、环境或任务的功能定制参数。目前，TES对大脑和行为影响的机理模型没有提供任何这样的定制，但鉴于有证据表明，强度和持续时间等参数的细微变化可以改变（如果不是逆转）TES的效果，推进模型并将其过渡到直观的软件工具，对成功应用于军事训练和行动至关重要。

7.2 减法的加法和加法的减法

关于神经增强如何诱发效应的一个新出现但研究不足的理论是通过加减法[5]。这一理论强调研究表明，减少与感兴趣的过程竞争的大脑区域的活动可以导致性能的提高。这种方法与典型的针对表面上参与支持任务表现的大脑区域的神经强化形成鲜明对比，而是针对可能对任务表现有破坏性的其他区域。在TMS文献中，有一些令人信服的证据表明发生了加减效应。例如，在一项视觉搜索研究中，TMS针对枕叶皮层的运动处理区域产生的反应时间增加或减少，分别与任务是否需要处理基于运动的信息有关[13]。当任务只涉及处理形状和颜色信息时，抑制运动处理区域会提高任务表现，这表明它们干扰了发生在枕叶皮层邻近区域的平行过程。在以颞叶皮层为目标的TMS的物体辨别任务中也发现了类似的加减效应[203]，研究了跨半球抑制的减少[204]，[205]，以及一项研究显示以前扣带皮层（ACC）为目标的rTMS减少了不协调的Stroop试验的成本[206]。关于TMS研究的更完整的列表，表明了逐次加法机制的可行性，可以在最初的理论立场文件[5]中找到。

我们提出，类似的结果可能会在TES中找到。例如，下调抑制性区域或反过来上调与任务关键区域功能相关的促进性区域，可能证明对任务表现有利。如果是这样的话，这将为新的方法学打开大门，即间接地以功能相连的区域为目标，目的是改变远处区域的活动。这种方法可以证明是有利的，例如，通过使用浅层神经增强方法，如tDCS或tACS，间接调节功能连接的皮层下区域[52], [207]。

从科学的角度来看，随着我们在学术界和国防科学界对神经增强的不断研究，我们已经认识到，脑刺激可能会像增强性能一样，无所作为或对性能产生负面影响。

与用减法的加法相比，用加法的减法的概念涉及到神经增强工具可以被用来对表现产生负面影响的可能性。我们把这称为神经减弱效应，并设想这种策略可能会在未来被敌对势力使用。事实上，那些旨在提高一系列过程和任务绩效的技术，也可以通过有选择地调整各种参数（如刺激极性、强度、频率、位置、持续时间）来降低绩效。换句话说，旨在使作战人员更聪明、更快、更强壮的设备，可以被修改以产生神经衰弱--也许是降低智力，减缓反应，或削弱身体。

在某些情况下，从军事角度来看，神经衰弱可能是有利的。例如，人们可能会发现，损害执行功能可以提高审讯的有效性，损害记忆巩固可以降低患应激障碍的可能性，或者在压力下关闭反刍可以改善睡眠质量。我们也可以想象，神经衰弱如何被对手以相反的方式用来直接对我们的士兵施加权力和影响。这里有两个主要问题需要思考。

首先，神经增强技术将可能成为电子战的目标，至少使其暂时失去效力，或者在极端情况下导致其管理的频率或强度有效地降低了性能。换句话说，电子战可能能够直接对作战人员的神经系统施加影响。

第二，我们目前正处于神经增强技术的阶段，设备正变得越来越便携、不受约束和远程控制。虽然目前的技术要求作战人员在他们的头上或周围佩戴设备，但未来的技术将很有可能能够使用离地定向能量源诱发神经衰弱的效果。在粗略的层面上，这种分离式的神经衰弱技术可以使士兵暂时不能动弹，而在更精细的层面上，这种方法可以有选择地以不良方式改变大脑活动和行为，改变战略优势。

鉴于许多神经增强技术可以以使用者无法察觉的方式使用（换句话说，他们可能听不到、看不到或感觉不到它在工作），可以在代理人不知道的情况下施加神经削弱效应。以这种方式，神经增强技术可以在未来的战争中被用来对付军队，有可能使他们变得更不聪明、更慢或更弱，但现在是在一定范围内，而且可能不为他们所知。

7.3 闭环神经增强技术

通过结合神经传感、机器学习和神经刺激模式，闭环神经增强装置被设计为动态调节刺激参数，作为感知和推断的精神和/或身体状态的功能。与神经反馈不同的是，闭环神经增强装置不涉及向用户传递有关精神或身体状态的信息。在运动康复领域，闭环神经刺激系统为因中风、受伤、癫痫、帕金森病和其他疾病造成的各种精神或身体损伤的患者带来了巨大的收益[208], [209]。通过实时感应和适应性神经刺激，通常是通过植入的刺激装置，医生可以对这些疾病的症状进行前所未有的控制。

闭环神经增强技术也开始在人类表现增强领域受到关注。在睡眠领域，研究人员已经开发了闭环睡眠优化系统，测量睡眠主轴和相位，并自适应地触发tACS以增强内源性慢波振荡[210], [211]。其想法是，通过增强慢波振荡活动，用户可以实现改善睡眠（发病潜伏期、质量、持续时间），并在恢复轨迹和记忆巩固中获得更多与睡眠有关的优势[212]。这是美国陆军沃尔特-里德陆军研究所（WRAIR）睡眠研究中心正在寻求的一条令人兴奋的闭环神经增强途径，该中心正在努力验证闭环tACS对夜间休息和战术午睡期间实现的睡眠质量的影响；他们还在与一家设备制造商合作，制作便携式闭环神经刺激设备原型，以增强军事行动背景下的睡眠。

闭环神经增强技术也可能被证明对在其他军事环境和任务中迅速提高任务绩效很有价值，例如在长时间的警戒任务中抵消疲劳和嗜睡效应[213]，减轻睡眠剥夺对各种心理功能的影响，防止与压力有关的对绩效和记忆的影响，或动态地改变动机状态以适应任务要求。当然，闭环神经增强依赖于成功解决几个研究和开发的挑战。首先，它需要对与成功的任务表现相关和有因果关系的大脑和精神状态进行敏感和具体的感应和推断[214], [215]。变化点估计是一个具有挑战性的建模问题，特别是当考虑到在真实世界环境中可能会有非常低的信噪比的大脑动态时[216]。其次，闭环神经增强需要高保真地瞄准与调控相关任务结果有可靠联系的大脑区域[217]。

考虑到与确定合适的参数有关的内在挑战，这些参数是个性化的，并迎合了环境和任务，完成这一目标可能需要几十年的持续研究。最后，鉴于有证据表明，即使是短暂的神经刺激也能对大脑和行为产生持久的影响[218]-[221]，而且重复的神经刺激有时会产生矛盾的效果[222]，因此需要更好地阐明反复和短暂触发刺激的潜在影响。

8.0 结论

无创脑刺激（NIBS）具有帮助作战人员加速训练和知识获取，以及维持、优化和提高任务绩效的潜力。然而，对这一潜力的热情被一些理论、伦理、机械和实践方面的局限性所抑制，这些限制减缓了NIBS在军事背景下的最终采用。这些并不是不可克服的挑战，尽管它们确实减缓了科学进步，增加了研究结果的不确定性。我们提出了几个继续研究的方向，这有助于推动科学和应用的界限，增加科学和技术知识，并阐明NIBS在军事环境中的近期和远期应用。