Двесто тридесет и пет година након што је италијански научник Луиги Галвани известио да растављене жабље ноге искачу као одговор на статички набој примењен на нерв, још увек истражујемо мистерије онога што је назвао "животињском струјом", посебно у мозгу. Да је мозак произвео мало сопствене струје, што се може открити електроенцефалограмом, или ЕЕГ-ом, добро је утврђено, као што је чињеница да неки неурохирурзи данас понекад користе електроде танке косе да стимулишу дубоке мождане структуре и зауставе Паркинсонов подрхтавање. Али научници сада истражују питање које је, па, неумољиво: Могу ли ниске напонске дозе електричне енергије, које се преносе кроз косу, кожу и лобању директно у одређене дијелове мозга, учинити већ здраве људе оштријима и буднијима?
Повезана читања
Надоградите мозак: Како да користите тДЦС, ноотропицс и микробе да револуционишу своју функцију мозга
КупиАрон Барбеи, 39-годишњи неурознанственица са Универзитета у Илиноису, лидер је у овом истраживању, иако је с великом пажњом опрезан око његових изгледа. Одупире се идеји да ће сутрашњи тржни центри и аеродроми представљати комерцијалне станице за пуњење мозга, ажуриране верзије данашње масаже престају, али ако се та будућност (или нешто слично) оствари, његов рад ће играти критичну улогу у томе . Барбеи је директор лабораторија за неурознаност одлуке УИ на Универзитетском институту за напредну науку и технологију, а чини се да његови експерименти указују на време када би студенти, војници, руководиоци и старији људи могли имати користи од третмана који се зове транскранијална истосмјерна струја. стимулација (тДЦС).
У соби без прозора у ваздухопловној бази Вригхт-Паттерсон, близу Дејтона, Охајо, гледам 33-годишњег цивилног добровољца Јохна МцИнтире-а, који прима тДЦС. Он сједи за рачунаром и кликне на серију ситних треперећих лампица, завој од газе омотаног испод браде и преко врха главе. Завој држи мали грозд електроде на месту на горњој левој страни главе. На његовој надлактици је још један скуп електрода. Жице из мале плаве кутије на столу носе слаб електрични набој који струји од кутије до електрода на глави и доле кроз мозак до електрода на његовој руци. Истраживачи верују да струја погађа нека кључна подручја његовог средњег мозга, укључујући лоцус цоерулеус, који ослобађа норепинефрин и који је укључен у пажњу и будност.
„Осећам се добро“, каже МцИнтире на крају 30-минутне сесије. Да ли је имао било какве физичке сензације док му је струја пролазила кроз мозак? „Не“, каже он, „заправо не могу да кажем да ли примам третман или не.“ Будући да је двоструко слепа студија, неки испитаници добијају лажни тДЦС, без струје. (МцИнтире је схватио праву ствар.) Истраживачи кажу да нису видели значајне споредне ефекте, већ само неке осетљивости на кожи од електрода. Неки субјекти који примају тДЦС извештавају о главобољи након тога, али то чине и неки од оних који примају лажно лечење.
Студија која је у току на Вригхт-Паттерсон-у је сарадња између Барбеи-ове групе и Лабораторија за истраживање ратних снага (АФРЛ). То је само један од многих експеримената које је Барбеи започео са главним истраживачким партнерима. "Наш циљ", каже он, "је да разумемо неуронске механизме који стоје на основу људске интелигенције и одлучивања - како се интелигенција и одлучивање имплементирају у мозак", а затим да то знање искористимо за развој ових нових интервенција. "
Није тешко разумети зашто би Ваздухопловне снаге било заинтересовано за оно што Барбеи може да понуди. Многи од његовог особља проводе до 12 сати дневно, шест дана недељно, гледајући слике надзорних снимака и покушавајући да препознају њихове трагове дрона. Истраживања показују да њихов рад почиње опадати након само 20 минута дежурства. „Пропуштање циљева у стварним животним ситуацијама је велика ствар, јер би то некоме могло коштати живота“, каже Анди МцКинлеи, неурознанственик АФРЛ. „И мислимо да би тДЦС могао бити алат да помогне аналитичарима, када се почну заморити, да одрже своје перформансе.“
Претплатите се на часопис Смитхсониан за само 12 долара
Овај чланак је избор из мајског броја часописа Смитхсониан
КупиДо сада су налази обећавајући. У низу студија објављених од 2013. у часописима НеуроИмаге, Браин Стимулација и другим часописима, показано је да само тДЦС смањује умор и побољшава или чува радне карактеристике. Чланови службе који су ујутро примали струју били су много буднији и опрезнији од контролних испитаника када су тестирани у касно поподне. Чини се да третман такође побољшава њихово расположење и ниво енергије. МцКинлеи, који сарађује са тДЦС-ом од 2007. године, каже да ефекат 30-минутне дозе тДЦС-а од два милапера у јутарњим сатима "траје читав дан." (За поређење, савремени третмани електроконвулзивне терапије укључују до 900 милиампера.) сродне студије о АФРЛ-у ускраћивања спавања, коју тек треба објавити, испитаници су држани будни 21 сат, након чега су им давали или кофеин, лажни тДЦС или стварни тДЦС прије него што су наставили са дужностима до још 15 сати. Припадници треће групе похвалили су се двоструко тачно у проналажењу циљева из друге две групе. Они су такође пријавили веће резултате субјективног расположења и рекли да су их због тДЦС освежили.
Протокол који је Барбеи дизајнирао комбинује тДЦС, исхрану и когнитивне и физичке вежбе у свеобухватном режиму са потенцијалом да побољша све, од математичких вештина до апстрактног резоновања. Својим радом истражује природу и структуру људског ума и, у том процесу, поставља питање шта заиста значи бити паметан.
**********
Његов рад са другом генерацијом чланова службе научио је Барбеија детаљима људског мозга. Између 2007. и 2011. године, био је истраживач на Националном институту за здравство, проучавајући групу ветеранских ветерана који су претрпели трауму мозга. Штету су проузроковале шрапнеле и ране од метака мале брзине - она је била ограничена на дискретна подручја, што значи да је већина њихових когнитивних функција сачувана. Локације и величине њихових рана узроковали су различите дефиците, укључујући проблеме са памћењем, језиком и вишим когнитивним функцијама као што су планирање и решавање проблема.
Користећи поступак назван мапирање лезија, Барбеи је прикупио дијагностичке слике ветерана мозга, а затим је ускладио анатомију оштећене мушкарце са њиховим документованим проблемима. Резултат је био атлас мозга који је омогућавао повезивање специфичних когнитивних функција са њиховим основним неуронским мрежама.
Јохн МцИнтире, 33-годишњи психолог инжењерског истраживања, волонтира за транскранијалну стимулацију директном струјом из ваздухопловне базе Вригхт-Паттерсон. (Линн Јохнсон) 
ТДЦС експерименти укључују прикључивање електрода на главу и преношење нисконапонских доза електричне енергије које људски субјект не може осјетити. (Линн Јохнсон) 
МцИнтире се припрема за тДЦС. (Линн Јохнсон) 
Учесник истраживања на Универзитету у Илиноису спрема се да крене у МРИ апарат. Истраживачи користе ове податке за анализу структуре мозга и функције субјеката који примају тДЦС. (Линн Јохнсон) 
Третман је креиран тако да побољша перформансе у одређеном задатку. Овде студентски истраживачи користе таблете да заврше когнитивни програм обуке као правац електричне струје ниског нивоа кроз свој мозак. (Линн Јохнсон) 
Неурознанственик Арон Барбеи одупире се идеји о станицама за пуњење мозга у тржним центрима и на аеродромима. У ствари, радије не би спекулирао о таквим стварима. (Линн Јохнсон) 
Барбеи прави паузу за медитацију. У складу са својим холистичким приступом мозгу, сваки дан му треба времена за медитацију и посебно је корисно за бављење стресима везаним за посао, као што је навигација на предлоге грантова. (Линн Јохнсон) 
Терри Бранн се веже за тестове како фитнес побољшава мозак. (Линн Јохнсон) 
Прехрамбене и когнитивне вежбе такође су део Барбеиевог протокола. (Линн Јохнсон) 
Истраживачи усавршавају студију о фитнесу и мозгу. Припадници Ратног ваздухопловства чине добре предмете јер су у физичкој форми. (Линн Јохнсон) 
Ваздухопловне снаге су заинтересоване за Барбеи-ове експерименте, јер особље заокупљено рачунарским екранима може изгубити фокус и заморити се. (Линн Јохнсон) 
Док је прикупљао дијагностичке слике ветерана из Вијетнама који су претрпели трауму мозга, Барбеи је то искуство сматрао „невероватно дубоким.“ (Линн Јохнсон) Градећи се на том знању, Барбеи је с разним коауторима објавио објављивање огромне серије радова који идентификују мождане мреже за општу интелигенцију, емоционалну интелигенцију, когнитивну флексибилност, радну меморију и још много тога. У ономе што би се могло сматрати његовим мајсторским делом за мапирање лезија, објављеним у часопису Браин у априлу 2012., Барбеи и његове колеге амбициозно су поставили архитектуру за општу интелигенцију и извршну функцију - сложена, циљно усмерена понашања која укључују широко распрострањене делове мозга, укључујући префронтални кортекс. У тој студији, једној од највећих и најопсежнијих процена ове врсте која је спроведена до данас, учествовало је 182 ветерана из Вијетнама и закључено је да интелигенција „одражава способност ефикасне интеграције вербалних, просторних, моторних и извршних процеса кроз ограничени скуп кортикалних веза“. Барбеи и његов тим успели су да прецизирају многе од тих веза и опишу како функционишу.
Барбеијево искуство са ветеранима оставило му је много више од импресивног ЦВ-а. „Било је то невероватно дубоко“, каже Барбеи, која сада ради као уредник или члан одбора у четири часописа, укључујући Фронтиерс ин Неуросциенце . „Проводимо све ово време развијајући ове теорије и размишљајући о природи људског ума и заиста напорно радимо да бисмо покушали да схватимо функцију ових можданих мрежа. И то постаје ово веома научно, веома техничко предузеће. Али тада, када почнете да радите са појединцима, радите са пацијентима, са ветеранима из Вијетнама, постаје одмах јасно да је ово веома важно питање. А заправо се ради о побољшању квалитета живота људи и проналажењу решења за ове врло тешке проблеме са којима се суочавају. "
Лудачка сложеност самог мозга највећа је препрека рјешавању таквих проблема. Или би тако изгледало. Али та врло сложеност такође омогућава науци да побољша перформансе у широком спектру задатака - све док истраживачи знају на које мреже треба да циљају. Стимулисање исправних мрежа, каже Барбеи, зависи од сазнања који су они укључени у одређени задатак и да ли ће моћи циљати те мреже у тачној дози и трајању. „Па како да знамо да ли стимулирамо праве структуре?“, Пита он. „То зависи од задатка. Задатак је критичан. "
У дугој сенци свега што о мозгу не знамо, тДЦС баца нову светлост о томе како он функционише. Неурони су медиј за електричну активност у мозгу, али како Барбеи истиче, „има их око 100 милијарди и имају многа својства која нам измичу.“ Барбеијева истраживања фокусирана су на људску интелигенцију и доношење одлука. Интелигенција, каже он, произилази из интеракције између више можданих мрежа, укључујући централну извршну мрежу, дистрибуирани неуронски систем (својеврсни 3-Д паук-мреза) за који се добро зна да подржава функције попут планирања, решавања проблема, процене и одлучивати.
У типичном тДЦС експерименту који циља средишњу извршну мрежу, Барбеи сређује електроде да шаљу струју кроз фронтални и париетални режањ док његови субјекти обављају задатак заснован на рачунару. У једном таквом тесту, названом н-бацк задатак, учесницима се показују слова и морају се присјетити подударају ли слова која су претходно видјели.
Барбеи каже да електрична струја повећава ексцитабилност неурона који су укључени у задатак, чинећи их вероватнијим за паљење и ојачавајући синаптичке везе између њих. "Неурони који заједно пуцају", каже Барбеи, цитирајући аксиом легендарног канадског психолога Доналда Хебба. У раду из септембра 2015. године, научник АФРЛ Риан Јанкорд и његови колеге известили су да је 30 минута тДЦС-а код пацова „изазвало снажно побољшање“ веза између ћелија у хипокампусу које су кључне за учење и памћење.
Код људи, чини се да тДЦС регрутује додатне неуроне који нису првобитно укључени у неки задатак, стварајући оно што Барбеи назива подмрежама и побољшавају перформансе. Али, ништа није инхерентно корисно у повећању ексцитабилности неурона, додаје он. „Ефикасан је само у специфичним условима, где испоручујете електричну струју у регионе који су укључени у задатак.“ Ово је кључни део начина на који он управља тДЦС: Субјект мора активно користити делове мозга о којима је реч. Међутим, икад опрезан, Барбеи наглашава да "основни биофизички механизми нису добро окарактерисани." Другим речима, истраживачи нису сасвим сигурни зашто тДЦС ради оно што ради.
Неки су се питали да ли то уопште ишта ради. У јануару 2015. аустралијски научник Јаред Хорватх и двојица његових колега објавили су анализу више од 200 тДЦС студија. Њихов закључак: „Наш квантитативни преглед не подржава идеју да тДЦС ствара поуздан ефекат на когницију код здравих одраслих.“ Документ је покренуо полемику, а бранитељи тДЦС испитивали су Хорватхове методе - искључио је више од 170 студија чији резултати нису имали је реплицирала најмање једна друга лабораторија. Барбеи заузима Хорватх-ово становиште и напомиње да, иако је тДЦС широко истраживан, ентузијазам за њега „надмашује механичке теорије“ како он функционише. Ти недостаци у знању, каже он, одлажу развој ефикаснијих протокола и дају разноликост налаза који се не могу објаснити, подвргавајући се критикама попут Хорватх-ове.
„Људи покушавају да промене своју свест откад су схватили да имају свест“, каже Јонатхан Д. Морено, професор медицинске етике и здравствене политике на Медицинском факултету Перелман Универзитета у Пеннсилванији. Морено каже да је под утицајем досадашњег напретка у пољу тДЦС. „Само мислим да смо још увек толико у шуми, а биће нам још дуго“, каже он. „Зависи од тога кога покушавате да појачате и због чега. Никада ме не би могао натерати да будем Ајнштајн и Ајнштајну вероватно није потребно много унапређења. "
Он је мање скептичан у погледу терапијске употребе тДЦС-а за враћање одређеног степена нормалне функције код људи са одређеним поремећајима. "Чини се да је терапија више изведива него побољшање", каже он. Више студија у последњим годинама показало је да има потенцијал као ефикасан третман за велику депресију, посттрауматски стресни поремећај и друге неуропсихијатријске проблеме. Такође је показао обећање пацијентима који пате од Алзхеимерове болести и шлога током задатака памћења речи и препознавања слике. И студија из 2014. открила је да тДЦС побољшава учење језика, што сугерира његов потенцијал као третман за језични дефицит узрокован можданим ударом. Истраживања ваздухопловства, која нису повезана са клиничким поремећајима, могу указати на још једну потенцијалну корист терапијског тДЦС-а: Тимови истраживача у Немачкој, Бразилу и САД-у открили су да две недеље дневног тДЦС-а могу резултирати недељама или чак месецима побољшаног учинка на врло специфичан задатак. „Изгледа да уносите трајне промене неуронских веза у мозгу“, каже МцКинлеи.
42-месечни пројекат назван Увид може пружити конкретније одговоре. Барбеи-ова лабораторија покренула је програм 2014. године, финансирајући 12, 7 милиона долара од Канцеларије директора Националне обавештајне службе. То је једна од највећих студија икада о способности расуђивања у новим условима. Изјављени циљ владе је побољшање вештина прилагођавања и решавања проблема обавештајног особља. Под Барбеијевим надзором, 1000 здравих добровољаца у доби између 18 и 44 године (од којих су многи студенти са Универзитета у Илиноису) примају дозе тДЦС-а док изводе вежбе когнитивних тренинга које тестирају те вештине. Али то је само део протокола: Они такође пролазе тренинге физичке кондиције, а прате се њихова исхрана и здравље исхране.
Вјежба се може чинити ниско-технолошком у успоредби с тДЦС-ом. Али Барбеи је једнако заинтересирана за снагу зноја колико и потенцијал електричне енергије. Укључен је у посебан пројекат, а ваздухопловне снаге су се фокусирале на интервалну обуку високог интензитета. Сама вежба се већ показала барем толико ефикасном као и тДЦС у побољшању когнитивних перформанси. Иако Барбеи каже да дефинитивно клиничко испитивање још увек треба урадити, више од 40 година истраживања показује пораст количине сиве материје код старијих одраслих особа аеробно прилагођених, као и 40% смањеног ризика од опадања когнитивних способности код оних који редовно вежбају. Алзхеимерови пацијенти који учествују у акутним програмима вежбања имају повећани неуротрофни фактор који потиче из мозга, протеин који промовише здравље и раст можданих ћелија.
Према Барбеи-ју, вежба има посебно импресиван утицај на извршне функције. „Да смо сада изашли напоље и трчали пуном брзином све до краја улице, а затим трчали пуном брзином све до краја“, каже Барбеи, „када бисмо сели овде да наставимо разговор, будите пажљивији, побољшало би се наше памћење, имали бисмо боље функције извршне контроле, а ти ефекти би трајали око 20 до 30 минута. "
Барбеи такође жели да разуме утицај исхране на здравље и сазнање мозга. „Знамо да ако желите бити спортиста, морате јести одређене ствари и бавити се одређеним врстама физичке активности“, каже он. „Та исхрана делује и на мозак.“ Субјекти у његовом пројекту Ратног ваздухопловства узимају посебан додатак креиран од стране Барбеијеве лабораторије у сарадњи са Абботт Нутритион. Формула је власничка, али Барбеи каже да садржи састојке за промоцију снаге мишића, кардиоваскуларног здравља и аеробне кондиције, као и здравља мозга. „Поред тога, имамо специфичне прехрамбене профиле за које претпостављамо да имају важну улогу у унапређењу здравља и когнитивних способности мозга, “ каже он. Укратко, Барбеи верује да вежбање и исхрана могу пружити трајне, холистичке користи које само подстицање одређених можданих мрежа вероватно никада неће донети.
Ипак, тДЦС остаје најегзотичнија интервенција. Примамљиво је претпоставити да више сесија лечења може повећати општу интелигенцију, а не само побољшати перформансе задатка који се обавља. Али Барбеи није пронашао никакве доказе да тДЦС може особу учинити паметнијом. "Изгледа да је одговор не, " каже он.
То је један од разлога што он предвиђа будућност у којој ће људи користити циљани тДЦС заједно са променама у начину живота: потоњи ће побољшати њихово целокупно здравље и менталне перформансе, док ће први побољшати специфичне когнитивне способности. Као што Барбеи то види, пакет интервенција зависиће од циљева појединца. Субјект ће можда желети побољшану радну меморију, на пример, и треба да побољша побољшане мождане мреже. "Способност за развијање прилагођене интервенције зависи од разумевања основних механизама", каже Барбеи. "Ако не разумемо механизме, сигурно не можемо постићи кројење."
Али Барбеи зна да његов рад храни алтернативну визију будућности, ону где људи у свим врстама приватних и комерцијалних окружења могу рутински да седну на сесије за пуњење мозга. Радије не би спекулирао о таквим стварима, али када му се постави питање да ли овај модел можда постоји 50 година од сада - својеврсни ЛенсЦрафтерс за мозак - каже, „Под претпоставком да смо на правом путу, претпостављајући да је тДЦС заправо може произвести снажна побољшања, онда да. "Затим се брзо враћа у данашњу стварност. „Али још увек учимо о овим методама и још увек радимо експерименте за процену њихове ефикасности. Дакле, још је прерано. И то се догађа са комерцијализмом. Пребрзо напредују. “Барбеи држи нејасан укупан поглед на комерцијалну индустрију тренинга мозга и не жели да људи обузимају његов посао својим понудама. На пример, милиони корисника паметних телефона преузели су игре попут Лумосити, за које тврди да значајно побољшавају меморију. „Дефинитивно постоје докази који указују на то да ако играте радну меморију, бићете бољи у тој радној меморији“, каже он. "Оно што је мање јасно је да ли то има икаквог другог утицаја." (Барбеиев скептицизам је појачан у јануару, када је Лумосити пристао да плати два милиона долара за подмиривање савезних оптужби за обмањујуће оглашавање због тврдњи да његов производ може успорити когнитивни пад. Пресуда од 50 милиона долара је суспендована јер компанија није имала новца.)
Барбеи инсистира на томе да не постоје пречице у неурознаности. Најмање два комерцијална тДЦС уређаја, Хало и Тхинц, тренутно су доступни, али он је одложен предлогом да је могуће постати паметнијим само пребацивањем прекидача или играњем игре. „Морамо заиста да пређемо на тежак пут, “ каже он. За Барбеи, мозак не захтева ништа мање.
