2024年6月17日，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)生物科技辦公室(BTO)舉辦了一次提案人日會議，向工業界和科學界征求關于警覺戰士賦能(Alert WARfighter Enablement，AWARE)項目的一般想法。AWARE項目于2024年5月下旬宣布，旨在開發一種由近紅外光(NIR)激活的光控興奮劑，以增強警覺性，同時避免與傳統興奮劑相關的副作用。

AWARE項目的技術路徑包括：

開發一種光敏右旋安非他命，在黑暗條件下無活性，但在近紅外(NIR)光照射下可逆激活。

開發可穿戴的NIR發射器，將NIR光非侵入性地傳遞到大腦特定區域，選擇性地激活負責執行功能、工作記憶和決策的前額葉皮層區域，同時避免影響到情緒變化和欣快相關的深層腦結構。

利用NIR光脈沖的時序安排來控制激活藥物的劑量，進一步降低成癮和其他不良反應的風險。

通過光開關將藥物從活性狀態切換到非活性狀態，實現從警覺狀態的可逆性轉變，使恢復性睡眠成為可能。

(一)光敏右旋安非他命

DARPA早已認可莫達非尼和右旋安非他命等處方藥在長時間訓練或任務中維持警覺性的用途。研究表明，右旋安非他命在睡眠缺失后對警覺性任務有著“優越的表現”。這種藥物通過“增加大腦細胞外多巴胺的濃度”來實現這一點。然而這些藥物存在副作用，如增加易怒或欣快感，易成癮。此外，右旋安非他命長達10到12小時的循環周期可能會影響睡眠，而軍事人員往往需要在適當的時候小睡。用于促進睡眠的鎮靜劑無法抵消刺激劑的持續效應以實現按需恢復性睡眠。自然地，累積的恢復性睡眠損失不僅影響警覺性和認知，還影響代謝、免疫和心理健康。

AWARE項目設想開發一種光敏右旋安非他命，該藥物僅由近紅外光(NIR)激活，允許“高空間和時間分辨率”。AWARE項目經理Pedro Irazouqi稱，“為了在不影響情緒、恢復性睡眠和心理健康的情況下獲得刺激劑對警覺性的有益效果，需要一種新的方法，”“AWARE旨在修改目前已批準的處方藥，使它們具有光敏性——即使用光來改變的能力——并開發可穿戴式光發射器，以便在局部區域內快速激活它們。”

(二)基于近紅外光譜的腦機接口

功能性近紅外光譜技術(fNIRS)已被廣泛應用于神經科學領域，用于測量大腦皮層的活動。進一步的研究表明，將NIR光照射到神經細胞群上可以通過“光生物調制”(PBM)的方式調節它們的活動。紅外神經刺激(Infrared neural stimulation)已經成為神經調控策略之一，目前主要是將近紅外光(1.2-2.2微米)直接作用于神經組織，從而激活或抑制神經元上動作電位的發放，進而調節腦的功能。

通過NIR光的神經調節，目前對其具體機制的研究水平有限，且單獨通過NIR光進行神經調節會受限于神經系統自然運行狀態下與NIR光刺激的相互作用機理，可能難以滿足控腦系統的功能需求。

在AWARE項目中，NIR光繞過負責情緒改變和欣快感的深腦結構，如杏仁核和紋狀體。其作用機理是基于時間選擇性，在精確需要時可逆地激活藥物，而不是直接刺激神經元。此外，NIR光脈沖的時間安排可以用于隨時間調整激活藥物的劑量，這可以進一步減少成癮和其他不良效應的可能性。

(三)AWARE項目的新思路分析

響應時間和響應準確率是控腦技術的兩個重要指標。單獨使用化學神經劑如莫達非尼和右旋安非他命，其響應時間相對較長，屬于慢性作用機制。這些藥物在攝入后需經過消化系統吸收、血液循環等進入大腦，再與特定受體結合產生效應，整個過程持續時間較長。因此，在需要即時響應的場合，化學神經劑并非理想選擇。在準確率方面，化學神經劑在改善警覺性、減少疲勞等方面表現出一定效果，但其作用機制復雜，易受個體差異、藥物代謝速率、藥物相互作用等因素影響，導致響應準確率難以精確量化。

使用基于近紅外光實現的神經調控具有更快的響應時間。通過直接照射NIR光于神經組織，光生物調制(PBM)效應幾乎可以即時發生，導致神經元活動的快速調節。這種即時性使其在需要快速干預的場合(如緊急救援、軍事行動中的即時決策支持)具有顯著優勢。但是由于大腦結構和功能的復雜性，近紅外(NIR)神經調節在精確性方面存在很多發展局限，短期之內難以突破。

AWARE項目創新性地融合了化學神經劑和近紅外技術，為腦機接口技術提供了新的思路和方法，拓寬了應用范圍。結合化學神經劑的藥理作用和NIR腦機接口的精確性，AWARE項目有望實現更加精準和靈活的腦功能調控。通過精確選擇化學神經劑的種類和劑量，以及優化NIR光的波長、功率和照射時間等參數，可以實現對特定神經元或神經回路的精準刺激和調節。這種精準調控能力對于研究神經網絡的復雜機制、開發新的神經疾病治療方法以及增強認知功能等方面具有重要意義。

AWARE項目的創新之處在于兩種技術路線的結合，為腦機接口技術尤其是非侵入式腦機接口走向實用提供了重要的啟發。(北京藍德信息科技有限公司)

參考資料

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