2024年6月17日，美国国防部高级研究计划局(DARPA)生物科技办公室(BTO)举办了一次提案人日会议，向工业界和科学界征求关于警觉战士赋能(Alert WARfighter Enablement，AWARE)项目的一般想法。AWARE项目于2024年5月下旬宣布，旨在开发一种由近红外光(NIR)激活的光控兴奋剂，以增强警觉性，同时避免与传统兴奋剂相关的副作用。

AWARE项目的技术路径包括：

开发一种光敏右旋安非他命，在黑暗条件下无活性，但在近红外(NIR)光照射下可逆激活。

开发可穿戴的NIR发射器，将NIR光非侵入性地传递到大脑特定区域，选择性地激活负责执行功能、工作记忆和决策的前额叶皮层区域，同时避免影响到情绪变化和欣快相关的深层脑结构。

利用NIR光脉冲的时序安排来控制激活药物的剂量，进一步降低成瘾和其他不良反应的风险。

通过光开关将药物从活性状态切换到非活性状态，实现从警觉状态的可逆性转变，使恢复性睡眠成为可能。

(一)光敏右旋安非他命

DARPA早已认可莫达非尼和右旋安非他命等处方药在长时间训练或任务中维持警觉性的用途。研究表明，右旋安非他命在睡眠缺失后对警觉性任务有着“优越的表现”。这种药物通过“增加大脑细胞外多巴胺的浓度”来实现这一点。然而这些药物存在副作用，如增加易怒或欣快感，易成瘾。此外，右旋安非他命长达10到12小时的循环周期可能会影响睡眠，而军事人员往往需要在适当的时候小睡。用于促进睡眠的镇静剂无法抵消刺激剂的持续效应以实现按需恢复性睡眠。自然地，累积的恢复性睡眠损失不仅影响警觉性和认知，还影响代谢、免疫和心理健康。

AWARE项目设想开发一种光敏右旋安非他命，该药物仅由近红外光(NIR)激活，允许“高空间和时间分辨率”。AWARE项目经理Pedro Irazouqi称，“为了在不影响情绪、恢复性睡眠和心理健康的情况下获得刺激剂对警觉性的有益效果，需要一种新的方法，”“AWARE旨在修改目前已批准的处方药，使它们具有光敏性——即使用光来改变的能力——并开发可穿戴式光发射器，以便在局部区域内快速激活它们。”

(二)基于近红外光谱的脑机接口

功能性近红外光谱技术(fNIRS)已被广泛应用于神经科学领域，用于测量大脑皮层的活动。进一步的研究表明，将NIR光照射到神经细胞群上可以通过“光生物调制”(PBM)的方式调节它们的活动。红外神经刺激(Infrared neural stimulation)已经成为神经调控策略之一，目前主要是将近红外光(1.2-2.2微米)直接作用于神经组织，从而激活或抑制神经元上动作电位的发放，进而调节脑的功能。

通过NIR光的神经调节，目前对其具体机制的研究水平有限，且单独通过NIR光进行神经调节会受限于神经系统自然运行状态下与NIR光刺激的相互作用机理，可能难以满足控脑系统的功能需求。

在AWARE项目中，NIR光绕过负责情绪改变和欣快感的深脑结构，如杏仁核和纹状体。其作用机理是基于时间选择性，在精确需要时可逆地激活药物，而不是直接刺激神经元。此外，NIR光脉冲的时间安排可以用于随时间调整激活药物的剂量，这可以进一步减少成瘾和其他不良效应的可能性。

(三)AWARE项目的新思路分析

响应时间和响应准确率是控脑技术的两个重要指标。单独使用化学神经剂如莫达非尼和右旋安非他命，其响应时间相对较长，属于慢性作用机制。这些药物在摄入后需经过消化系统吸收、血液循环等进入大脑，再与特定受体结合产生效应，整个过程持续时间较长。因此，在需要即时响应的场合，化学神经剂并非理想选择。在准确率方面，化学神经剂在改善警觉性、减少疲劳等方面表现出一定效果，但其作用机制复杂，易受个体差异、药物代谢速率、药物相互作用等因素影响，导致响应准确率难以精确量化。

使用基于近红外光实现的神经调控具有更快的响应时间。通过直接照射NIR光于神经组织，光生物调制(PBM)效应几乎可以即时发生，导致神经元活动的快速调节。这种即时性使其在需要快速干预的场合(如紧急救援、军事行动中的即时决策支持)具有显著优势。但是由于大脑结构和功能的复杂性，近红外(NIR)神经调节在精确性方面存在很多发展局限，短期之内难以突破。

AWARE项目创新性地融合了化学神经剂和近红外技术，为脑机接口技术提供了新的思路和方法，拓宽了应用范围。结合化学神经剂的药理作用和NIR脑机接口的精确性，AWARE项目有望实现更加精准和灵活的脑功能调控。通过精确选择化学神经剂的种类和剂量，以及优化NIR光的波长、功率和照射时间等参数，可以实现对特定神经元或神经回路的精准刺激和调节。这种精准调控能力对于研究神经网络的复杂机制、开发新的神经疾病治疗方法以及增强认知功能等方面具有重要意义。

AWARE项目的创新之处在于两种技术路线的结合，为脑机接口技术尤其是非侵入式脑机接口走向实用提供了重要的启发。(北京蓝德信息科技有限公司)

参考资料

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