18+
18+
Как это работает, Образование и наука, #ВзрывМозга, взрыв мозга Томск Ася Казанцева наука мозг лекция способности #ВзрывМозга.Транскраниальная стимуляция: как воздействовать на мозг живого человека и для чего это нужно?

#ВзрывМозга.
Транскраниальная стимуляция: как воздействовать на мозг живого человека и для чего это нужно?

АВТОР
Катерина Кайгородова

В начале ноября в рамках проекта «Постоянная планка» Томск посетила известный научный журналист и популяризатор науки Ася Казанцева.

У нас она впервые прочитала свою новую лекцию о том, как электромагнитное поле может лишить дара речи или внушить осознанные сновидения. И чем стимулировать свой мозг в домашних условиях.

Публикуем сокращенный конспект лекции для тех, кому не удалось побывать на ней лично.

— Если бы меня попросили двумя словами описать то, что я хочу донести до людей своими лекциями и книгами, они были бы очень простыми: «Мозг материален», — так начала свою лекцию Ася Казанцева. — Нейробиология всю историю своего развития устанавливает связи между сложными когнитивными процессами, которые происходят в нашем мозге, и конкретными нейронными контурами (группами нейронов). Ученые все больше убеждаются в том, что для любого процесса: для любви, ненависти, стремления к деньгам — для чего угодно можно найти конкретные нейронные контуры. Так как они имеют физическую природу, воздействие на них будет приводить к изменениям в поведении.

Как железный лом дал начало новой науке

Вся современная нейробиология началась с несчастного случая при прокладке железнодорожных путей в штате Вермонт.

Это случилось 13 сентября 1848 года. Во время взрыва железный стержень насквозь прошил череп 25-летнего бригадира Финеаса Гейджа. Потеряв большую часть лобной коры левого полушария, он выжил, более-менее выздоровел, и даже вернулся к работе, став водителем дилижанса. Но его личность сильно изменилась. Все вокруг говорили: «Это больше не Гейдж». Трудолюбивый, организованный молодой человек, которого ждала неплохая карьера в области железнодорожного строительства, после травмы стал импульсивным, раздражительным и непоследовательным. Например, злополучную металлическую палку он сначала подарил Гарвардскому медицинскому музею, а через год забрал обратно, везде с ней ходил и даже фотографировался.

После травмы Финеаса Гейджа науке стало ясно, зачем нужна лобная кора головного мозга: чтобы ставить цели и достигать их, контролировать свои действия и так далее. Если лобная кора разрушается, человек теряет эти способности. Хотя надо сказать, что способности восстановлению у мозга довольно велики, и за те 12 лет, которые Гейдж еще оставался в живых, проблемы в поведении в значительной степени компенсировались. Под конец жизни на него не жаловались ни родственники, ни работодатели.

«Подумай об отвертке». Как составляют карту мозга с помощью МРТ

Повреждения мозга были главным источником информации для нейробиологии XIX и большей части XX века. Сейчас они также еще играют некоторую роль, но появилась возможность изучать мыслительные процессы у живых здоровых людей. Всем известная МРТ позволяет многое сказать о высшей нервной деятельности человека. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии можно выявить приток крови к какой-нибудь зоне мозга. Это означает, что она активно работает и требует больше глюкозы и кислорода, доставляемых кровью.

С помощью томографа составляют семантические карты мозга, чтобы понять, какие зоны мозга каким словам соответствуют. Причем в этом можно найти логику. Например, когда человек думает о рабочих инструментах, активируется участок коры, отвечающий за движение кисти. Мозг словно примеривается, как он будет работать отверткой, только услышав о ней.

Но МРТ — не универсальный метод, он показывает не всё. Если какая-то зона мозга идеально предназначена для выполнения определенной функции, ее уровень метаболизма может оставаться неизменным. То есть, зона участвует в выполнении задания, но на томограмме этого не видно.
Кроме того, при помощи одной только томографии сложно делать однозначные выводы. Например, исследователи выяснили, что у людей, хорошо знающих иностранный язык, более развита нижняя лобная извилина. Есть ли причинно-следственная связь? А вот не факт! Первый вариант: человек выучил иностранный язык, и он этого у него стала толще нижняя лобная извилина. Второй вариант: у человека от рождения толще эта извилина, поэтому ему было проще выучить иностранный язык. Третий вариант: человек в детстве ел много черешни, и от этого, с одной стороны, у него увеличилась нижняя лобная извилина, с другой, ему стало проще учить языки. Таких вариантов может быть сколько угодно. Можно говорить о корреляции, но не о причинно-следственной связи.

Как «отрубить» часть мозга с помощью магнитного поля

И тут на сцену выходит транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС). Идея в том, чтобы человеку временно «выключить» какой-то участок мозга, не причинив никакого вреда. Или, наоборот, повысить активность определенной зоны.

В процессе эксперимента воздействуют на какой-нибудь участок мозга магнитным полем, а затем дают задание, которое, по мнению исследователей, требует участия именно этой зоны. Если испытуемые не справляются с заданием, когда активность участка коры подавлена, а при усилении активности начинают выполнять его лучше, можно обоснованно говорить о прямой взаимосвязи.

Самая наглядная демонстрация действия ТМС — активация моторной коры, которая отвечает за работу мышц. Мой научный руководитель Маттео Феурра демонстрирует этот эффект на себе, когда приходят журналисты. Он подносит катушку к моторной коре справа и у него дергается левая рука.

Почему электромагнитное поле действует на мозг?

Нервные клетки работают благодаря разности потенциалов. Мембрана (оболочка) нейрона внутри имеет отрицательный электрический заряд, снаружи — положительный. Мембрана густо утыкана каналами, которые способны пропускать туда-сюда ионы с разным зарядом. Когда на нейрон поступает сигнал от соседа, происходит частичная деполяризация мембраны. Клетка приходит в «боевую готовность». Если на нейрон, который связан с 10 000 других нейронов, пришел всего один сигнал — скорее всего, ничего не изменится. А если на него пришло 100 сигналов от 100 нейронов, то с высокой вероятностью он сам активируется и начнет производить потенциал действия.

Активность нейронов можно искусственно подавить или усилить с помощью ТМС. При этом к голове испытуемого подносят катушку, через которую течет электрический ток, изменяющийся во времени. Вокруг катушки возникает магнитное поле, и, в соответствии с законом электромагнитной индукции, оно порождает электрический импульс в проводнике — а в качестве проводника в данном случае выступает кора головного мозга.

Довольно давно, с начала 90-х годов, нейрофизиологи умеют останавливать речь человека. В пример можно привести такой эксперимент: на экране перед испытуемым появляются слова, и он должен называть количество слогов в них. Это легко. Но, если к участку коры, который отвечает за связную речь, поднести магнитную катушку, человек с удивлением обнаружит, что ничего не может сказать вслух. При этом он по-прежнему может считать количество слогов и давать ответы с помощью кнопок. Хотя, надо сказать, что при подавлении речевой зоны он будет делать это медленнее и не так точно. Более того, оказалось, что мысленное выполнение задания ухудшается и при подавлении зоны, отвечающей за движения губ! Наверное, это объясняет, почему маленькие дети часто проговаривают все свои действия. Они просто еще не научились думать про себя.

Есть и хорошие новости: с помощью ТМС можно сделать человека немного умнее и помочь ему принимать более правильные решения. Например, улучшить рабочую память, если активировать левую дорсолатеральную префронтальную кору, связанную с осознанием новой информации. Или помочь тратить меньше денег на сладости, подавив активность правой дорсолатеральной префронтальной коры, которая задействована в целеполагании — в частности, она нужна, чтобы осознать желание съесть что-нибудь вкусненькое.

Как видеть осознанные сны с помощью электростимуляции

ТМС — крутая вещь, но и у нее есть свои недостатки. Во-первых, она оказывает не очень сфокусированное действие: мы не можем воздействовать на несколько нейронов — только на группу, и довольно большую. Во-вторых, глубина проникновения магнитного поля — максимум 2–4 см; оно не доходит до тех отделов мозга, которые расположены глубже. В-третьих, это дорого: установка для ТМС стоит около 2 млн рублей. В-четвертых, это очень трудоемкий процесс: желательно, чтобы у вас была томограмма каждого испытуемого, настройка и калибровка оборудования занимает много времени, и для работы с ТМС требуются высококвалифицированные специалисты.

Есть способ проще и дешевле: транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС). Фактически, это два электрода — катод и анод — которые прикладывают к разным участкам головы и через них пропускают слабенький ток. В отличие от ТМС, сам по себе он не вызывает потенциала действия — но изменяет чувствительность нейронов, позволяя им лучше или хуже возбуждаться в ответ на сигналы от других участков мозга.

Этот метод еще менее фокусированный, чем ТМС, поэтому мало подходит для изучения функций конкретных участков коры. Зато он позволяет получить новую информацию о том, как работает мозг в целом.

Много экспериментов с ТЭС проводится во время сна. По современным представлениям, главная функция сна — консолидация воспоминаний, полученных в течение дня. Гиппокамп ведет диалог с корой головного мозга: что переводить в долговременную память, а что нет. Это происходит во время «медленного» сна.
Возник вопрос: как улучшить диалог коры с гиппокампом, чтобы человек лучше запоминал информацию? Испытуемым во время сна проводили электрическую стимуляцию мозга на частоте еще более низкой, чем нормальные «медленные» волны, которые регистрируются во время глубокого сна. Утром они вспоминали заметно больше полученной с вечера информации, чем контрольная группа.

Тогда решили провести эксперимент с участием пожилых людей. Есть версия, что у стариков возникают проблемы с памятью потому, что у них нарушен сон. И действительно, когда стимулировали мозг на «медленных» волнах, сон становился лучше и память возвращалась.

Если же во время сна стимулировать мозг на более высокой частоте, характерной для бодрствования, человек видит осознанные сны, даже если раньше с ним такого никогда не случалось. То есть, во сне он понимает, что видит сон, и может управлять предметами и событиями во сне так, как ему захочется. Это удивительное переживание.

Стимуляция постоянным током (без каких-либо волн) тоже может приводить к интересным эффектам. Например, было шумное исследование на американских военных, в котором стимуляция повышала многозадачность и скорость реакции.

Почему стимуляция мозга еще не используется массово?

У многих людей возникает закономерный вопрос: если все так хорошо, почему бы не использовать стимуляцию мозга широко, активно, каждый день, в каждой школе? Возможно, мы к этому придем, но пока все не так просто.

В научных статьях честно пишут: механизмы транскраниальной стимуляции изучены не до конца. Обычно это работает. Иногда нет. Иногда работает в обратную сторону.

Читая научные публикации об успехах транскраниальной стимуляции, также нужно учитывать психологические эффекты. Люди, произвольно или непроизвольно, но склонны немного манипулировать с данными. Ученые гораздо чаще публикуют результаты тех исследований, где что-то получилось, чем тех, в которых гипотеза не получила подтверждения. Научные журналы тоже стараются публиковать статьи с положительными результатами, так как им нужны рейтинги и высокий уровень цитируемости. Наконец, самим ученым интереснее читать об успешных исследованиях. Поэтому работы, где ничего не получилось, в принципе реже публикуют и замечают. Хотя они не менее важны, чем доклады об успехах.

У людей, которые читают про транскраниальную стимуляцию, часто возникает вопрос: нельзя ли это сделать в домашних условиях? Действительно, вы можете купить в интернет-магазине прибор для ТЭС за 40 долларов. А если руки растут из плеч, то даже смастерить его самостоятельно из батарейки и электродов. И целыми днями стимулировать свой мозг в надежде стать умнее.

Но, исходя из того, что мы говорили ранее — это лотерея, и не самая надежная. Да, есть вероятность, что вы и правда станете умнее. Но не менее высока вероятность, что это вам не поможет или даже навредит. Разные люди реагируют на стимуляцию по-разному, и это зависит от пола, возраста, уровня гормонов и еще множества факторов. Кроме того, практически нет исследований, которые показывают, что бывает с теми, кто стимулирует свой мозг каждый день.

В общем, на нынешнем уровне знаний можно сказать одно: транскраниальная стимуляция точно менее вредна для развития мозга, чем курение. Но чтение книг и посещение научно-популярных лекций пока что развивают умственные способности более надежно.

Фото: Анна Лаас

Тэги/темы: