Транскраниальная стимуляция мозга постоянным током
Ученые всех времен проводили различные эксперименты над человеческим мозгом, чтобы добиться временного изменения его работы и открыть недоступные для него в естественном режиме возможности. Для проведения подобных экспериментов, как правило, используются натуральные или синтезированные вещества, которые оказывают влияние на весь мозг. Ученые имеют в своем распоряжении инструмент, который может оказывать локальное воздействие на отдельные области мозга, усиливая определенные его функции. Название этого инструмента – магнитное или электрическое поле и результаты от его использования иногда удивляют.
В апрельском номере журнала Nature есть описание экспериментов, которые проводил Винсент Кларк, нейробиолог из Университета Нью-Мексико в США. Вывод, сделанный им после проведения исследований, говорил о том, что если транскраниально стимулировать мозг постоянным током (метод tDCS), то человек будет всему обучаться быстрее. Эксперимент заключался в том, что группе добровольцев нужно было играть в компьютерную игру «DARWARS Ambush!», которая разрабатывалась для тренировок военнослужащих, ехавших в Ирак.
Суть игры была в развитии навыка замечать скрытые на фоне маскирующего ландшафта объекты. Правая часть мозга участников эксперимента в течение 30 минут получала электростимуляцию с помощью прикладываемых к голове электродов. Примечателен тот факт, что участники, которые получали стимуляцию током, силой в 2 миллиампера, показывали результаты в два раза лучше, чем те, у которых мощность тока была всего 0,1 мА. Кларк прокомментировал этот результат так, что участники, подверженные более сильному току, обучались быстрее, но они никак не могли объяснить это, ссылаясь на свои внутренние ощущения. Ученный считает метод tDCS инструментом для фактического разделения сознания и обучения. Он выразил свою уверенность в том, что вскоре эта область исследований резко возрастет, при этом наука получит много новой информации, но в то же время, появится много новых вопросов.
В 2000-е годы ученые стали понимать, почему tDCS действует на мозг таким образом. Благодаря постоянному току в ткани мозга создается электрическое поле. Из-за него между сторонами клеточных мембран изменяется разность потенциалов. Стимуляция, называемая «анодной», сопровождается направленностью тока к электроду и приводит к деполяризации нейронов. В результате этих процессов готовность нейронов ответить спайком на сигнал, поступивший от остальных клеток, повышается. Соответственно, обратная стимуляция, называемая «катодной», при которой ток направлен от электрода, сопровождается противоположным эффектом, т.е. разность потенциалов между внутренней и наружной сторонами мембран уменьшается, что снижает возбудимость нейронов. Не так давно нейрофизиологи из технологического института в Калифорнии с помощью поставленных экспериментов доказали, что внеклеточные электрические поля способны изменять характеристики потенциалов действия нервных клеток.
Некоторые фармакологические исследования показали, что под воздействием тока в области синаптических контактов увеличивается количество производимых NMDA-рецепторов. Это позволяет нервной ткани быть более пластичной, на время придавать ей состояние, которое нейронам позволяет перестраивать свои соединения в ответ на стимул извне, например, обучение новому поведению. К примеру, Леонардо Коэн из Национального института неврологических расстройств (Мэриленд, США) в 2009 году сумел показать улучшение способности людей, над которыми проводились испытания, обучаться элементарным упражнениям на координацию с помощью метода tDCS, при этом наблюдаемое улучшение сохранялось в течение трех месяцев после проведения эксперимента.
Стимуляция мозга током способна не только ускорять процессы обучения, но и оказывать влияние на другие психические свойства. К примеру, данный метод рассматривают как будущее «лекарство» от депрессии, посттравматических стрессов, медленного развития речи и психики, прочих расстройств нервной системы. С помощью исследований, проводимых Фелипе Фрейни из Центра неинвазивной стимуляции мозга в Бостоне (США) и Паоло Боджо из Университета Макензи в Сан-Паоло (Бразилия), был открыт еще один интересный эффект tDCS.
Выяснилось, что данный метод стимуляции области, расположенной выше виска, научное название которой дорсолатеральная префронтальная зона, не дает человеку принимать рисковые решения. Для эксперимента студенты играли в простую игру, в которой нужно было нажатием кнопки раздувать изображаемый на экране воздушный шар. Чем сильнее шар надуется, тем больше денег получит игрок, но если шар лопнет – все накопления пропадут.
Студенты, над которыми проводился эксперимент, были более осторожны и рассудительны в своих действиях, чем те, которые не подвергались tDCS. Боджо сделал вывод, что этот метод можно использовать для лечения людей, которые не могут вовремя остановиться в своих действиях.
Проведенные исследования заставили сделать вывод о том, что кратковременное воздействие tDCS заставляет мозг работать более продуктивно. Но при таких интересных результатах исследования, появляется два вопроса: 1) почему такой эффективный режим работы мозга в нормальных условиях не работает, и 2) какой размер потенциала стимуляции в отношении усиления когнитивных человеческих способностей? Пока сложно дать конкретные ответы на эти вопросы, но появляется повод поразмышлять после появления результатов от исследований нейробиолога Алана Снайдера.
Профессор Снайдер является руководителем сиднейского Центра по изучению сознания в Австралии. Он уверен, что каждый человек обладает способностями, которые есть у савантов, т.е. у людей со сверхспособностями. В мозгу обычного человека эти способности есть, но они подавляются высоким уровнем обработки информации, которая организовывает целостное смысловое восприятие. Отличие мозга савантов заключается в том, что они имеют доступ к сырым данным, которые мозг не обработал, и они используют именно то, что содержится в мозгу. К сожалению, открытый доступ к такой информации, как правило, сопровождается аутизмом. Но из правил всегда бывают исключения. Например, Орландо Серел (Orlando Serell) не имел умственных или психических расстройств и у него появилась способность помнить каждый день своей жизни после того, как в 10 лет ему в голову попал бейсбольный мяч.
Высокоуровневая блокировка у обычного человека снимается с помощью применения метода низкочастотной транскраниальной магнитной стимуляции. Снайдер для проведения своих исследований подвергал такой стимуляции переднюю левую височную долю (LATL) своих испытуемых. После таких манипуляций они начинали лучше рисовать, читать и считать. Область LATL принимает участие в семантической обработке, а также в формировании категорий, в то время как магнитные импульсы в некотором смысле похожи на временной подавление этой области. По мнению Снайдера, в результате происходит высвобождение активности правого полушария, поэтому у человека улучшается восприятие потока данных низкого уровня, которые исходят оттуда.
Профессор считает, что поразительные способности перемножения чисел в уме, фотографическая память и поразительные способности к рисованию, которые характерны савантам, являются теми свойствами, которыми обладает мозг любого человека. Все разница в том, что у савантов есть доступ к этим свойствам, а обычные люди не имеют его из-за активности левого полушария. Но, в теории, существует возможность оказать воздействие на мозг и открыть доступ к этим свойствам. Если профессор Снайдер оказался прав, то не далеки те времена, когда в человеческом распоряжении будут когнитивные усилители, которыми они будут пользоваться.
Применение метода магнитной стимуляции tDCS действует, как неинвазивные методы, которые вместе с большим количеством преимуществ имеют и один недостаток. Из-за того, что источник поля находится на поверхности черепа, магнитная стимуляция действует только на неглубокий слой коры, а дальше никакого воздействия не происходит. Стоит отметить, что в мозгу есть структуры, которые располагаются глубоко и воздействие током на них могут привести к потрясающим открытиям в способностях человека. Для исследования этого вопроса, ученые вынуждены глубоко вживлять электроды в мозговую ткань.