[Из песочницы] Электростимуляция мозга улучшает умственные способности, креативность и память здоровых людей

Технология tDCS – транскраниальная стимуляция постоянным током – изучается уже более 20 лет и успешно применяется в клинике для восстановления после инсульта, лечения депрессии и хронической боли. Однако исследования последних 6-7 лет показывают, что она может быть полезна и для здоровых людей. Статья Дугласа Фокса, опубликованная в 2011 году в ведущем научном журнале «Nature», впервые рассказала широкой публике о том, что tDCS может улучшать обучаемость, память и снижать склонность здоровых людей к риску. С тех пор количество исследований tDCS неуклонно растет, открывая все новые области применения этой технологии.

Креативность и решение нетривиальных задач

Например, несколько месяцев назад ученые из Джорджтаунского университета Вашингтона опубликовали исследование, показывающее, что tDCS улучшает креативность мышления. Участники эксперимента – здоровые молодые люди со сходным образованием и уровнем интеллекта – должны были находить ассоциативные связи между разными наборами слов. И те из них, кто подвергался электростимуляции, находили гораздо более нетривиальные аналогии.

Способность tDCS увеличивать креативность изучается уже более 5 лет. В 2012 году группа австралийских ученых из Университета Сиднея обнаружила, что tDCS помогает решать сложные, ранее неразрешимые задачи. Использовался тест, с которым большая часть людей не в состоянии справиться: соединить 4-мя линиями 9 точек, не отрывая руки. Ни один из участников не сумел решить задание до стимуляции, однако tDCS привела к тому, что 40% (!) испытуемых сумели найти правильный ответ.

Ведутся исследования и о влиянии tDCS на способность решать математические задачи. В 2010 году исследователи из Института Когнитивных Нейронаук Лондона провели эксперимент, в котором здоровые добровольцы выполняли математические операции с выдуманными символами, обозначавшими цифры от 1 до 9. Выяснилось, что tDCS способствовала более быстрому запоминанию новых символов и приводила к лучшим результатам в решении задач, причем эффект от стимуляции сохранялся на протяжении полугода.

Как действует tDCS?

Механизм, лежащий в основе действия tDCS довольно прост. К голове прикладываются электроды, через которые проходит слабый ток постоянной силы (1-2 миллиампера), воздействующий на определенные участки мозга. Сила тока оказывается слишком мала, чтобы активировать нейроны. Однако все же она существенно меняет их физиологическое состояние, делая их более или, наоборот, менее склонными к активации, в зависимости от типа воздействия.

Способность нейронов активироваться зависит от разности потенциалов на их мембране; именно ее и изменяет tDCS. В случае положительного заряда на электроде («аноде») –разность потенциалов снижается, что увеличивает вероятность возбуждения нейрона в случае поступления внешнего сигнала. В случае отрицательного заряда электрода («катода») возбудимость нейронов, наоборот, падает.

Для того чтобы получить желаемый эффект (например, увеличить способности к математике или скорость реакции), необходимо правильно выбрать зоны мозга, и разместить на них электроды с соответствующим зарядом. Варианты применения tDCS очень разнообразны, и, по сути, ограничиваются только знанием функций различных областей мозга.

Обучение и память

В 2010 году исследовательская группа из Нью-Мексико провела громкое исследование, где показала, что tDCS ускоряет обучение «DARWARS Ambush!» – видеоигре, разработанной специально для подготовки американских солдат. Люди обследуют виртуальные пейзажи на наличие препятствий – тени, отбрасываемой снайпером или самодельного взрывного устройства, и должны как можно быстрее на них реагировать. Оказалось, что добровольцы, на которых во время тренировок воздействовали tDCS, демонстрировали более высокие результаты. tDCS упоминается и в другом исследовании Военных сил США. В 2011 году появилось сообщение о том, что электростимуляция успешно улучшает обучаемость американских пилотов, проходящих тренировки на видео-симуляторах.

Более 10 исследований показывают, что tDCS увеличивает эффективность освоения иностранных языков. Для «чистоты» эксперимента добровольцы изучали выдуманные языки. Оказалось, что после проведения tDCS они лучше запоминали новые слова, а также их речь становилась более беглой.

Пристрастия

Другой интересной возможностью электростимуляции является снижение зависимостей, например, от вкусной еды. В исследовании немецких ученых под руководством Керстин Олтманс группе здоровых волонтеров ежедневно в течение недели проводили сеансы tDCS и смотрели, как от этого изменится количество потребляемых ими калорий. Для этого их ввели в заблуждение по поводу сути эксперимента – испытуемые думали, что изучается влияние tDCS на настроение. А до и после проведения испытания для них был накрыт стол, якобы, чтобы отблагодарить за участие. Однако за количеством потребляемых калорий строго следили, и оказалось, что после недели стимуляции оно снизилось на целых 14%. По мнению исследователей, произошло это не столько из-за снижения аппетита, сколько из-за развития силы воли и принятия более рациональных решений. Поэтому неудивительно, что tDCS помогает и от других зависимостей – от никотина, алкоголя, марихуаны и даже кокаина.

Депрессия

tDCS успешно применяется и для лечения депрессии. Причем, электростимуляция эффективна даже в случае тяжелых форм – острой и резистентной. Механизм, посредством которого tDCS борется с депрессией, по-видимому, имеет много общего с действием антидепрессантов. В результате tDCS стимулируется выработка «гормонов счастья» — эндорфина и серотонина. Однако, в отличие от антидепрессантов, tDCS не сопровождается такими побочными эффектами, как тошнота и бессонница.

Эмпатия, риск и безопасное вождение

Описать все эффекты tDCS в рамах этой статьи невозможно – настолько они многочисленны и разнообразны. Поэтому поговорим напоследок о самых неожиданных. Например, электростимуляция улучшает социальные навыки людей – усиливает эмпатию и способность поставить себя на место окружающих. В одном из исследований здоровые добровольцы играли в игру, где должны были переместить вещь, о которой их просил виртуальный персонаж с экрана. Однако он видел комнату с другого ракурса, чем человек перед экраном (например, наблюдал лишь часть шкафа), и это надо было учитывать при выполнении задания. К примеру, когда он просил переставить самую большую свечку, игрок должен был выбрать наиболее крупную свечу из тех, что мог видеть персонаж. Оказалось, что после tDCS правильность выполнения задания возрастала на 33%.

В другой работе tDCS делала испытуемых менее мстительными. Добровольцы принимали участие в известной игре «Ультиматум». Суть её заключается в том, что один из участников должен разделить 10$ между собой и вторым участником, а второй участник, получив деньги, должен решить, возьмет он их или нет. В случае его отказа никто не получает никаких денег, а если он соглашается, то получает предложенную долю. Известно, что очень много людей отказываются от денег, если считают, что их слишком мало, поскольку видят в этом несправедливость и хотят наказать первого участника. Однако после tDCS люди гораздо чаще соглашались с меньшей суммой.

Проведены исследования, в которых tDCS уменьшает склонность людей к риску и способствует более безопасному стилю вождения, увеличивает осознавание текущего момента и способствуют большему погружению в миры виртуальной реальности. Есть и вовсе экзотические работы о том, что tDCS снижает звон в ушах, очищает сознание от ложных воспоминаний и расширяет спектр частот воспринимаемого звука.

Электростимуляция мозга: есть ли опасность?

В процессе электростимуляции на мозг воздействуют током очень слабой силы – всего 1-2 миллиампера. Это примерно столько же, сколько светлячок тратит для того, чтобы светиться. Да и в принципе, процедура вполне безопасна. Серьезных побочных эффектов при ней не наблюдается (а по теме опубликовано уже больше 12500 научных статей) – иногда только зуд в коже в зоне прикрепления электродов, покалывание, жжение и ощущение дискомфорта, в редких случаях – головная боль. Есть, однако, риск, что улучшение одних функций мозга приведет к ухудшению других. Например, в одном из исследований Кохена Кадоша стимуляция мозга помогала испытуемым запоминать систему символов, имеющих числовые соответствия (например, курица=1, яйцо=5), но им было сложнее использовать полученные знания в другом задании, по сравнению с испытуемыми, которые запоминали все без стимуляции.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что эффект tDCS сильно зависит от стимулируемого участка мозга и задачи, которую мозг должен выполнять. В случае неправильно выбранной зоны мозга и типа воздействия (полярности электродов) – эффект вполне может стать негативным.

Стартапы

После всплеска числа исследований о tDCS, в Америке начали появляться стартапы, создающие электростимуляторы для здоровых людей. Первым из них стал «foc.us», исходно предлагавший приборы геймерам, но затем включивший в целевую аудиторию и людей, занимающихся спортом. Затем появились стартапы «Apex» и «PriorMind». Есть сообщения, что ещё один американский стартап «Thync» привлек на разработку своего прибора 13 миллионов долларов. Однако эти компании не доставляют свою продукцию в Россию. А в 2015 году было заявлено о появлении первого в России стартапа немедицинского tDCS прибора «Нейростимулятор Brainstorm»; организаторы обещают провести в июне краудфандинг, во время которого можно будет заказать первые приборы.