Каждый может носить кепку tDCS через 5-10 лет, утверждают ведущие ученые.
Я написал несколько статей о стимуляции мозга - теме, которая меня очень увлекает. Один, в частности, касался проекта Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA). Это научно-исследовательское подразделение Министерства обороны США (DoD). В предыдущем исследовании ученые DARPA использовали электрическую стимуляцию мозга с помощью имплантатов, чтобы помочь тем, кто перенес черепно-мозговую травму (ЧМТ), восстановить память и способность к обучению. Другие программы направлены на ускорение обучения и повышение производительности у нормальных здоровых людей.
Представьте мое удивление, когда ученый, работающий над проектом DARPA, написал мне по электронной почте об интересном исследовании, недавно опубликованном в журнале Current Biology. Будучи наполовину приличным журналистом, я связался с неким доктором Правином Пилли из HRL Laboratories в Малибу, Калифорния. Он и его коллеги из Университета Макгилла в Монреале и Soterix Medical в Нью-Йорке работали над восстановлением активной памяти DARPA (RAM).) программа. В настоящее время они сосредоточены на программе DARPA Replay.
DARPA RAM была создана, чтобы помочь сотням тысяч военнослужащих и миллионам гражданских лиц, страдающих от ЧМТ. DARPA требовалось имплантируемое устройство, которое помогло бы восстановить память этих больных. Это означало бы операцию на головном мозге для имплантации. Доктор Пилли постепенно убедила их, что неинвазивный метод так же полезен.
Доктор. Правин К. Пилли, главный исследователь исследования DARPA RAM. Предоставлено: HRL Laboratories.
Теперь доктор Пилли также работает в программе DARPA RAM Replay. Это работает с нормальными, здоровыми взрослыми. Суть в том, чтобы ускорить обучение и улучшить формирование памяти, модулируя нейронные «повторы» во время сна. В этом опубликованном исследовании DARPA RAM Пилли и его коллеги использовали транскраниальную стимуляцию постоянным током (tDCS) на макаках. Это когда к мозгу подается слабый электрический ток через электроды, размещенные в стратегических областях на коже головы.
Некоторые исследования показали, что tDCS может улучшить словесную память и познание. И одно небольшое исследование показало, что это может улучшить запоминание математики. Исследования даже показали, что tDCS может быть полезна при лечении таких состояний, как депрессия, болезнь Паркинсона и хроническая боль.
Доктор. Пилли сказал, что цель состояла в том, чтобы увидеть, есть ли нейронная основа для tDCS. В прошлом году в разгар ежегодной конференции Cognitive Neuroscience Society Дьёрдь Бужаки из Нью-Йоркского университета поставил под сомнение, действительно ли tDCS может изменить поведение. В своем исследовании Бужаки подключил труп к 200 электродам. Он также поместил датчики внутрь черепа. Но им не удалось обнаружить каких-либо изменений в нервных импульсах.
Череп и кожа головы отводят 90% излучаемого электричества, как показало исследование Нью-Йоркского университета. Причина для Пилли была очевидна. Это не какая-то конкретная область или повышенное количество нейронов, а связь между областями коры, которая имеет значение. Небольшой поток, который проходит через него, по его словам, облегчает такое общение, обеспечивая лучшую согласованность между регионами.
В одном исследовании Нью-Йоркского университета (на фото) tCDS не удалось вызвать возбуждение нейронов в мозгу трупа. Примечание: это не было связано с исследованием HRL. По словам доктора Пилли, важны не отдельные нейроны, а связь между областями мозга. Предоставлено: Сегедский университет.
Пилли и его коллеги решили не только показать, что tDCS работает, но и раскрыть лежащий в его основе механизм. В этом исследовании было показано, что применение tDCS к правой префронтальной коре улучшает производительность макаки в том, что исследователи назвали «задачей ассоциативного обучения». В еще не опубликованном исследовании, проведенном в рамках программы REM RAM Replay, они доказали, что это работает и на людях.
Статические электрические поля, прикладываемые непосредственно к мозгу, повышали когерентность между правой префронтальной корой и левой нижневисочной корой (ITC). Эти области контролируют исполнительную функцию, которая связана с управлением временем, концентрацией внимания, запоминанием деталей и другими задачами, связанными с обучением.
Они обнаружили, что tDCS может влиять на колебания мозга. «Транскраниальная стимуляция может вызвать множество статистически значимых нейронных изменений», - сказал доктор Пилли. «Изменения в функциональной связи между областями в высокочастотных диапазонах объясняют улучшение обучения».
Во-первых, ученые из McGill взяли макак и имплантировали им в мозг массивы датчиков. В то время как в других исследованиях были проведены аналогичные эксперименты по мониторингу мозга с помощью ЭЭГ, здесь ученые смогли измерить активацию нейронов in vivo (изнутри), используя внутричерепное зондирование.
«Мы зафиксировали изменения в потенциале локального поля (LFP), множественной активности (MUA) и активности отдельных нейронов в нескольких участках неокортекса», - сказал доктор Пилли. Затем они спрятали некий символ среди окружения. Этот символ привел к награде в виде еды. Это было сделано для того, чтобы создать произвольную ассоциацию между определенным изображением и наградой. «Связь не может быть установлена. Вы должны сформировать память в лаборатории, на лету, для эксперимента, - сказала Пилли.
Улучшение согласованности между областями коры может улучшить обучение и сохранение памяти. Кредит: Брюс Блаус. Блаузен.com. Википедия Commons.
Обезьянам требовалось в среднем 15 секунд, чтобы создать ассоциацию с нуля, и 2 секунды, когда она уже была у них в голове. «Как только вы научитесь, во времени реакции не будет разницы независимо от того, были ли вы стимулированы или нет», - сказала Пилли. Они проверяли, насколько быстро обезьяны могут создавать ассоциации. Они проводили их через эксперимент со стимулированным мозгом и без. Нестимулированные обезьяны прошли 22 испытания, прежде чем ассоциация полностью сформировалась. Стимулированные обезьяны прошли всего 12 испытаний. Это примерно на 40 % больше скорости обучения.
Сенсорные имплантаты в мозгу обезьяны смогли зафиксировать изменения, вызванные tDCS. Ученые действительно хотели узнать, как tDCS влияет на отдельные нейроны. В этом исследовании использовалась непрерывная электрическая стимуляция в открытом цикле. Но сегодня они вышли за рамки этого, сказал доктор Пилли. Теперь они могут нацеливаться на оптимальный момент для стимуляции субъекта, чтобы укрепить ассоциации в отношении обучения или памяти. И все это делается неинвазивно при безопасном уровне тока.
«Эта статья посвящена пониманию механизма tDCS», - сказал доктор Пилли. Исследование для этой текущей статьи завершилось два года назад. Совсем недавно он обратил свое внимание на программу DARPA RAM Replay. Здесь он и его коллеги работали со здоровыми взрослыми людьми-добровольцами, чтобы проверить транскраниальную стимуляцию, чтобы увидеть, может ли она улучшить обучение, ассоциации и память. Память зависит от ряда различных областей мозга, наиболее важной из которых является гиппокамп. Сигналы отсюда и из других областей координируются друг с другом, формируя опыт и знания, которые мы вспоминаем.
И процесс сна, и процесс бодрствования имеют решающее значение для обучения. «Мы можем улучшить функцию памяти, вмешиваясь во время сна», - сказал Пилли. «Скажем, у нас есть 10 воспоминаний, которые вы выучили в течение дня. Вы хотите улучшить часть из них. Мы можем вмешаться таким образом, чтобы производительность этих конкретных воспоминаний была улучшена. Через два дня мы можем продемонстрировать лучшую память. И мы можем сделать гораздо больше».
Может наступить время, когда мы все будем носить наши «шапки мышления». Кредит: Getty Images.
В ходе исследования на обезьянах приматы получали слабый электрический ток в области мозга в течение десятков минут. По словам Пилли, теперь он и его команда могут нацеливать стимуляцию, вмешиваясь только в критические моменты, когда наиболее вероятно формирование памяти. «Мы воспроизводим эксперимент с обезьяной, при этом стимуляция длится всего одну секунду, - сказал он, - как раз тогда, когда она получает вознаграждение». Вот тогда и возникает ассоциация.
В исследовании, опубликованном в 2007 году, немецкая команда доказала, что они могут способствовать обучению, стимулируя мозг во сне через обонятельную систему. В рамках программы RAM Replay Пилли и его команда показали, что всего один импульс в нужное время может облегчить обучение и консолидацию памяти. Затем они укрепляют память, посылая еще один импульс в ключевой момент во время сна. «Все, что можно сделать с помощью сенсорных сигналов, можно сделать с помощью электричества и более эффективно», - сказала Пилли.
Цель состоит в том, чтобы внедрить эту технологию в более широкое общество. Доктор Пилли говорит, что это недорого. «Так же, как и лучшая диета, это не должно отличать людей. В противном случае вы можете вызвать разрыв мозгового неравенства. К счастью, это не секретный проект, и все результаты публикуются. «Любой может реализовать любые идеи, которые мы представляем», - сказал он. В конечном итоге они будут искать одобрение FDA для конкретного устройства. Он считает, что через 5-10 лет использование этой технологии станет массовым.