Как новая технология стимуляция мозга может улучшить наши когнитивные процессы, такие как память, эмоции и внимание
Привет. В 47 году н.э. Скрибоний Ларг, придворный врач римского императора Клавдия, описал в своей «Композиции» метод лечения хронической мигрени: поместите электрического ската на кожу головы пациента, чтобы облегчить его боль электрическим током. Ларг был на правильном пути; наш мозг состоит из электрических сигналов, которые влияют на взаимодействие клеток мозга друг с другом и, в свою очередь, влияют на когнитивные процессы, такие как память, эмоции и внимание.
Наука о стимуляции мозга, изменяющей электрические сигналы в мозге, разумеется, изменилась за последние 2000 лет. Сегодня у нас есть несколько устройств транскраниальной стимуляции постоянного тока (tDCS), которые обеспечивают постоянный, низкий ток в определенных областях мозга через электроды на голове, для пользователей, начиная от онлайн-видео-геймеров до профессиональных спортсменов и людей с депрессией. Тем не менее, когнитивные нейрофизиологи все еще работают над пониманием того, насколько мы можем влиять на сигналы мозга и улучшать познание с помощью этих методов.
Стимуляция мозга с помощью tDCS является неинвазивной и недорогой. Некоторые ученые полагают, что это увеличивает вероятность того, что нейроны будут срабатывать, изменяя нейронные связи и потенциально улучшая когнитивные навыки, связанные с конкретными областями мозга. Нейронные сети, связанные с контролем внимания, могут быть направлены на улучшение концентрации у людей с синдромом гиперактивности дефицита внимания (ADHD). Или люди, которые с трудом запоминают списки покупок и номера телефонов, могут захотеть нацелиться на области мозга, связанные с кратковременной (также известной как рабочая) памятью, чтобы улучшить этот когнитивный процесс.
Вместе с тем воздействие tDCS не дает окончательных результатов по широкому кругу рассмотренных экспертами исследований, особенно после одной сессии. Фактически, некоторые эксперты задаются вопросом, проходит ли достаточная электрическая стимуляция через кожу головы в мозг, чтобы изменить связи между клетками мозга.
Примечательно, что нейробиолог Дьёрдь Бузаки из Нью-Йоркского университета представил исследования, проведенные на трупах, заключив, что очень мало тока, введенного через tDCS, фактически попадает в мозг, возможно, менее 10 процентов. Другие исследователи сообщают об обратном. Недавние исследования нейровизуализации показали значительное увеличение уровней нейротрансмиттеров и кровообращения в месте стимуляции tDCS в течение одного сеанса. Тем не менее, в ответ на растущую обеспокоенность многие исследователи начали применять tDCS в течение нескольких дней для аддитивного эффекта. Исследования показали, что усиленные эффекты лечения (но не увеличение побочных эффектов) объясняются повторными сеансами в отличие от одного сеанса.
Необходимо решить еще более фундаментальные проблемы, связанные с исследованием tDCS; в частности, протоколы tDCS довольно противоречивы между исследовательскими лабораториями. Например, одна лаборатория может администрировать tDCS в течение 20 минут при максимальном напряжении 2 мА, в то время как другая лаборатория может администрировать tDCS в течение 25 минут при 1 мА. Объединение каждого из этих исследований в один обзор оказывается трудоемким и запутанным. Мы пока не знаем, каковы оптимальные уровни времени и напряжения для tDCS. Скажем, 1 мА слишком низка для того, чтобы инициировать нейронные изменения и улучшить когнитивные способности. Тогда множество работ и годы исследований могут оказаться совершенно неинформативными.
В последнее время технология сочетается с когнитивной тренировкой для достижения долгосрочных улучшений. Это естественное развитие исследований. Считается, что tDCS позволяет нейронам срабатывать более легко. Кроме того, как и в случае с мышцами, когнитивная тренировка-это упражнение, которое будет работать с нейронами в областях мозга, активно вовлеченных в этот когнитивный процесс. Чтобы использовать оба этих метода, не следует ли нам заставлять эти нейроны и области мозга работать еще активней во время tDCS, вовлекая конкретные области мозга в решение когнитивных задач? Фактически, исследования подтверждают эту теорию и показывают, что повышенная производительность и более длительные улучшения связаны с сочетанием когнитивного обучения с tDCS.
В процессе многолетнего сотрудничества между Лабораторией когнитивных нейровизуаций в Мичиганском университете и Лабораторией оперативной памяти и пластичности в Калифорнийском университете ученые исследуют тренировку при работе с памятью в сочетании с tDCS. Во время решения учебной задачи участникам предлагается постоянно включать все больше информации в рабочую память и одновременно проходить стимуляцию tDCS. Хотя результаты все еще ограничены и несколько спутаны, данные свидетельствуют о том, что комбинация стимуляции и обучения мозга более эффективна для улучшении рабочей памяти, чем при любой другой технике.
Для экспериментальной группы tDCS более высокую производительность можно было отметить даже через год после проведенных сеансов. Кроме того, исследования выявили нюансы комбинированной тренировки с рабочей памятью и tDCS: участники, которые начали обучение с более низкой базовой рабочей памятью, показали большие улучшения, чем те, кто начал с более высокой базовой производительности.
Очевидно, что предстоит провести гораздо больше исследований, чтобы точнее понять tDCS и когнитивную тренировку. Чтобы обеспечить большую последовательность в научной литературе, исследователям необходимо использовать оптимальные параметры (такие, как продолжительность времени и интенсивность тока) для tDCS как формы когнитивного и терапевтического улучшения. Следующим шагом является понимание основных нейронных механизмов tDCS и когнитивной тренировки, для чего потребуется многодисциплинарный подход с использованием методов нейровизуализации, таких как fMRI. Это позволило бы исследователям визуализировать (1) активацию областей мозга при использовании tDCS, (2) активацию при использовании tDCS и когнитивной тренировки и даже (3) изменения в активации, в частности, только за счет когнитивной тренировки.
Ученые с оптимизмом смотрят на перспекти tDCS; когнитивное обучение в паре с tDCS может привести к улучшению внимания и памяти людей всех возрастов. Возможно, технология могла бы помочь предотвратить когнитивный спад у пожилых людей или улучшить такие навыки, как концентрация внимания, у людей специфических профессий - летчиков или военных, которым это нужно больше всего.
