Сложно найти идею, которая бы вызывала у человека большее внутреннее сопротивление, чем воздействовать на мозг электричеством! Тем не менее, tDCS — транскраниальная стимуляция постоянным током — активно и успешно применяется в медицине для лечения депрессии, когнитивных расстройств, мигрени и восстановления после инсульта уже несколько десятилетий, а исследования последних лет демонстрируют, что она может улучшать когнитивные способности у совершенно здоровых людей.
Неожиданная находка
В 2012 году американские учёные из Нью-Мексико под руководством Винсента Кларка обнаружили, что tDCS удваивает (!) скорость обучения заданиям, требующим реакции и концентрации внимания. В эксперименте 96 здоровых добровольцев тренировались играть в «DARWARS Ambush!» – видеоигру-симулятор, специально разработанную для подготовки американских пехотинцев. Участникам эксперимента требовалось обследовать виртуальные пейзажи на наличие скрытых угроз – тени, отбрасываемой снайпером или спрятанного самодельного взрывного устройства, после чего они должны были как можно быстрее на них реагировать. Во время обучения часть людей подвергалась стимуляции слабым током в 2 миллиампера (через прикрепленные к голове электроды), а у людей из контрольной группы tDCS имитировали так, что они не сомневались, что тоже проходят стимуляцию.
Интересно, что для выбора зоны прикрепления электродов учёные изучили паттерны активации мозга как у новичков (которые верно обнаруживали угрозы с вероятностью 50%), так и у профессионалов (правильно обнаруживали угрозы в 95% случаев). Если у новичков функциональное МРТ показывало широкое возбуждение самых разных отделов мозга, то у профессионалов активация происходила строго в районе правой височной области. Именно на правом виске учёные и располагали анодный (+) электрод, повышающий активность нейронов.
В качестве критерия успешности оценивали время тренировок, которое требуется новичку, чтобы стать профессионалом. Обнаружилось, что скорость обучения до уровня профессионала при tDCS сократилась в 2,1 раза. Стоит отметить, что на сегодняшний день это представляет собой один из лучших результатов по улучшению обучения любым из известных способов. Также немаловажно, что люди, проходившие tDCS, гораздо медленнее теряли навыки по сравнению с контрольной группой.
ФМРТ мозга новичков, специалистов среднего уровня и профессионалов в обнаружении скрытых опасностей в видео-симуляторе «Darwars Ambush!». У профессионалов при виде изображения со скрытыми угрозами активизируется зона в районе правой височной области.
В результате другого исследования, проведённого в 2010 году профессором Оксфордского Университета Роем Коэном Кадошем, выяснилось, что tDCS улучшает способности к математике, причём, эффект от стимуляции сохраняется в течение полугода.
В экспериментах у здоровых добровольцев активировали правую теменную долю (располагая над этой зоной мозга анод) и ингибировали левую теменную долю (располагая над ней катод); tDCS проводили по 20 минут в день 6 дней подряд. У людей из контрольной группы стимуляцию имитировали, причём по ощущениям такое воздействие ничем не отличалось от настоящей стимуляции.
Оказалось, что после tDCS люди значительно быстрее запоминали математические символы и лучше выполняли вычисления, чем участники контрольной группы. Даже через полгода после проведения стимуляции добровольцы, прошедшие tDCS, в очередной раз показали более высокие результаты. Кроме того, в исследовании участвовала ещё одна дополнительная группа испытуемых, которым проводили реальную tDCS, однако анод и катод меняли местами. Интересно, что в этом случае математические способности, наоборот, снижались, даже по сравнению с контрольной группой.
С тех пор польза от tDCS проявилась и в сфере улучшения памяти, моторного обучения, языковых способностей. К сегодняшнему дню проведено уже более 500 исследований tDCS на здоровых добровольцах. Рост публикаций по теме явно показывает, что технологией начинают интересоваться всё больше учёных и независимых научных групп.
Число научных публикаций о tDCS с 1977 по 2015 год в базе научных публикаций Scopus
Приветливое электричество
Возможно, количество экспериментов стало расти в связи с выявлением механизмов, лежащих в основе транскраниальной электростимуляции. Оказалось, что слабый ток, протекающий через приложенные к голове электроды (1-2 миллиампера), изменяет разность потенциалов на мембране нейронов. Положительно заряженный электрод (анод) притягивает к себе отрицательно заряженные ионы, вызывая слабую деполяризацию мембран нейронов. Такое воздействие повышает возбудимость нервных клеток, а вместе с ней — вероятность возбуждения при поступлении внешнего сигнала. Отрицательно заряженный электрод (катод), напротив, увеличивает разность потенциалов (происходит гиперполяризация), в результате чего возбудимость нейронов снижается. Длительные изменения в возбудимости нейронов влияют на нейропластичность — важнейший процесс, лежащий в основе феномена памяти и обучения.
В последние 2-3 года стали появляться не только экспериментальные статьи, но и мета-анализы, посвященные tDCS. Команда бразильских и бельгийских учёных в 2014 году провела мета-анализ, доказывающий способность tDCS улучшать некоторые параметры рабочей памяти.
В 2015 году американские учёные из Университета Пенсильвании опубликовали мета-анализ, демонстрирующий, что tDCS улучшает языковые показатели, а именно – запоминание слов и беглость речи.
В 2016 году опубликовали мета-анализ тринадцати исследований tDCS, продемонстрировавший, что технология улучшает моторное обучение – запоминание последовательности движений у здоровых людей, если воздействовать на моторную кору и проводить tDCS 3-5 дней подряд.
Также любопытный мета-анализ, опубликованный в 2016 году в журнале Ageing research review, подтвердил, что tDCS способна улучшать когнитивные и моторные функции пожилых людей.
«Долгоиграющий» эффект
Ещё одно показательное исследование провела в 2016 году группа учёных из Гарварда, Оксфорда и Тюбингенского университета (Германия). Исследователи обнаружили, что tDCS ускоряет обучение и улучшает память более чем на 25%. Причём, эффект не только не пропадает со временем, но в некоторых случаях может даже улучшаться.
В эксперименте принимали участие 20 здоровых добровольцев. В течение 30 минут они выполняли математические задания, появлявшиеся на экране, во время которых через прикреплённые к голове электроды на их мозг действовали слабым током силой в 1 миллиампер. Обучение, сопровождавшееся электростимуляцией, проводили 2 дня подряд. Параллельно с ними обучение проходили и люди из контрольной группы, у которых tDCS имитировали. А через 2 дня оказалось, что люди, подвергавшиеся электростимуляции, гораздо быстрее (на 9%) и точнее давали ответы на вопросы, а также вербальная рабочая память оказалась более чем на четверть лучше по сравнению с контрольной группой.
Что особенно интересно, эффект от электростимуляции сохранялся в течение нескольких месяцев. Когда через 2 месяца после окончания эксперимента исследователи вновь оценили показатели добровольцев в тестировании, оказалось, что те, кто проходил нейростимуляцию, по-прежнему демонстрируют гораздо более высокие результаты. Более того, они решали задания даже быстрее, чем непосредственно после процедуры (на 20%, по сравнению с контрольной группой). При этом они делали намного меньше ошибок, а их вербальная рабочая память была примерно на 20% лучше, чем у людей с имитацией стимуляции.
Силу тока — в массы
Такой обширный научный бэкграунд подтолкнул создание коммерческих tDCS приборов для здоровых людей. Вначале стартапы, разрабатывающие такие нейростимуляторы, начали появляться в Калифорнии. Первым из них стал «Focus», исходно предлагавший приборы геймерам, но затем включивший в целевую аудиторию и людей, занимающихся спортом.
А в 2016 году дело дошло и до России. Буквально на днях на платформе Бумстартер запущен краудфандинг первого в России немедицинского tDCS нейростимулятора — Brainstorm, во время которого можно заказать первые приборы.