Petindvajset let po tem, ko je italijanski znanstvenik Luigi Galvani poročal, da razstavljene žabje noge trzajo kot odgovor na statični naboj, ki ga nanesejo na živec, še vedno raziskujemo skrivnosti tega, kar je imenoval "živalska elektrika", zlasti v možganih. Da možgani ustvarijo delček svoje lastne električne energije, kar je mogoče zaznati z elektroencefalogramom ali EEG, je dobro ugotovljeno, prav tako dejstvo, da nekateri nevrokirurgi danes včasih uporabljajo tanke lase, da spodbudijo globoke možganske strukture in ustavijo Parkinsonovo drhtanje. Toda znanstveniki zdaj raziskujejo vprašanje, ki je pravzaprav moteče: Ali lahko nizko napetostni odmerki električne energije, ki se prenašajo skozi lase, kožo in lobanjo neposredno v določene predele možganov, naredijo že zdrave ljudi bolj ostre in bolj pozorne?
Povezane knjige
Nadgradite svoj možgan: Kako s tDCS, nootropiki in mikrobi spremeniti svojo možgansko funkcijo
NakupAron Barbey, 39-letni nevroznanstvenik z univerze v Illinoisu, je vodilni v tej raziskavi, čeprav je nad njenimi pričakovanji previden. Upre se ideji, da bodo jutrišnji tržni centri in letališča predstavljali komercialne postaje za polnjenje možganov, posodobljene različice današnje masaže se ustavijo, če pa se bo ta prihodnost (ali kaj podobnega) uresničila, bo njegovo delo igralo kritično vlogo pri njenem uresničevanju . Barbey je direktor UI-jevega laboratorija za odločanje o nevroznanosti na univerzi Beckman Institute for Advanced Science and Technology, njegovi poskusi pa kažejo na čas, ko bi študentje, vojaki, vodstveni delavci in starejši lahko imeli koristi od zdravljenja, imenovanega transkranialni enosmerni tok stimulacija (tDCS).
V sobi brez oken v letalski bazi Wright-Patterson v bližini Daytona v Ohiju opazujem 33-letnega civilnega prostovoljca Johna McIntireja, ki sprejema tDCS. Sedel je za računalnikom in kliknil niz drobnih utripajočih lučk, gazo pod brado in čez vrh glave zavite gaze. Povoj zadržuje majhno gručo elektrod na svojem zgornjem levem delu glave. Na desni zgornji roki je še en sklop elektrod. Žice iz majhne modre škatle na mizi nosijo šibek električni naboj, ki teče od škatle do elektrod na glavi in dol, čeprav so njegovi možgani do elektrod na roki. Raziskovalci verjamejo, da tok zadene nekatera ključna področja njegovega možganov, vključno z locus coeruleus, ki sprošča norepinefrin in je vključen v pozornost in budnost.
"Dobro se počutim, " pravi McIntire na koncu 30-minutne seje. Je doživljal kakšne fizične občutke, ko je tok potekal skozi njegove možgane? "Ne, " pravi, "ne morem dejansko vedeti, ali prejemam zdravljenje ali ne." Ker gre za dvojno slepo študijo, nekateri preiskovanci dobijo lažno tDCS, brez trenutnega. (McIntire je ugotovil resnično.) Raziskovalci pravijo, da niso opazili pomembnih stranskih učinkov, le nekaj občutljivosti kože na elektrodah. Nekateri preiskovanci, ki prejemajo tDCS, poročajo o glavobolih zatem, vendar nekateri tisti, ki prejemajo lažno zdravljenje.
Študija, ki poteka v Wright-Pattersonu, je sodelovanje med Barbeyjevo skupino in raziskovalnim laboratorijem zračnih sil (AFRL). To je le eden izmed mnogih poskusov, ki jih je Barbey začel z velikimi raziskovalnimi partnerji. "Naš cilj je, " pravi, "razumeti nevronske mehanizme, na katerih temelji človeška inteligenca in odločanje - kako se inteligenca in odločanje izvajata v možganih", nato pa to znanje uporabiti za razvoj teh novih posegov. "
Ni težko razumeti, zakaj bi se letalstvo zanimalo, kaj lahko ponudi Barbey. Veliko njenega osebja porabi do 12 ur na dan, šest dni na teden, za ogled posnetkov nadzornih posnetkov in poskuša prepoznati njihove znake brezpilotnih letal. Raziskave kažejo, da se njihova učinkovitost začne zniževati že po samo 20 minutah dežurstva. "Manjkajoče tarče v resničnih življenjskih situacijah je velika stvar, saj bi to nekomu lahko stalo življenje, " pravi Andy McKinley, nevroznanstvenik AFRL. "In mislimo, da bi lahko bil tDCS orodje za pomoč analitikom, ko se začnejo zamoriti, ohraniti svoje delovanje."
Naročite se na revijo Smithsonian zdaj že za samo 12 dolarjev
Ta članek je izbor iz majske številke revije Smithsonian
NakupDoslej so bile ugotovitve obetavne. V vrsti študij, ki so bile od leta 2013 objavljene v časopisih NeuroImage, Brain Stimulacija in drugih revijah, so pokazali, da samo tDCS zmanjšuje utrujenost in izboljša ali ohranja delovanje. Člani službe, ki so prejeli tok zjutraj, so bili veliko bolj pozorni in pozorni kot kontrolni subjekti, ko so jih testirali pozno popoldne. Tudi zdravljenje je izboljšalo njihovo razpoloženje in raven energije. McKinley, ki s tDCS sodeluje že od leta 2007, pravi, da učinek 30-minutnega odmerka tDCS z dvema miliamperom zjutraj "traja ves dan." (Za primerjavo, sodobni načini elektrokonvulzivne terapije vključujejo do 900 miliamperov.) v povezani, še objavljeni študiji o pomanjkanju spanja AFRL, osebe so bile 21 ur budne, nato so jim dali kofein, lažni tDCS ali dejanski tDCS, preden so še naprej opravljali svoje naloge še do 15 ur. Člani tretje skupine so se dvakrat pohvalili s natančnostjo pri iskanju ciljev drugih dveh skupin. Poročali so tudi o višjih rezultatih subjektivnega razpoloženja in povedali, da so se zaradi tDCS osvežili.
Protokol, ki ga je Barbey zasnoval, združuje tDCS, prehrano ter kognitivne in telesne vadbe v celovitem režimu, ki lahko izboljšajo vse, od matematičnih veščin do abstraktnih sklepov. S svojim delom raziskuje naravo in strukturo človeškega uma in se v tem procesu sprašuje, kaj v resnici pomeni biti pameten.
**********
Njegovo delo z drugo generacijo uslužbencev je Barbeya naučilo podrobnosti človeških možganov. Med letoma 2007 in 2011 je bil znanstveni sodelavec na Nacionalnem inštitutu za zdravje, kjer je preučeval skupino vietnamskih veteranov, ki so utrpeli možgansko travmo. Škodo so povzročile šrapnele in rane iz krogel z majhno hitrostjo - omejena je bila na diskretna območja, kar je pomenilo, da je večina njihovih kognitivnih funkcij ohranjena. Lokacije in velikosti njihovih ran so povzročile različne primanjkljaje, vključno s težavami s spominom, jezikom in z višjimi kognitivnimi funkcijami, kot so načrtovanje in reševanje problemov.
Barbey je s postopkom, imenovanim preslikava lezij, zbral diagnostične slike možganov veteranov in nato moške poškodovane anatomije prilagodil njihovim dokumentiranim težavam. Rezultat je bil možganski atlas, ki je omogočil povezavo določenih kognitivnih funkcij z njihovimi osnovnimi nevronskimi mrežami.
John McIntire, 33-letni psiholog inženirskih raziskav, prostovoljno spodbuja transkranialne enosmerne tokove v letalski bazi Wright-Patterson. (Lynn Johnson) 
Poskusi tDCS vključujejo pritrditev elektrod na glavo in oddajanje nizkonapetostnih odmerkov električne energije, ki jih človek ne more čutiti. (Lynn Johnson) 
McIntire pripravlja na tDCS. (Lynn Johnson) 
Udeleženec raziskav na Univerzi v Illinoisu se pripravi, da se poda v MRI aparat. Raziskovalci uporabljajo te podatke za analizo možganske strukture in funkcije preiskovancev, ki prejemajo tDCS. (Lynn Johnson) 
Tretma je zasnovan za izboljšanje uspešnosti določene naloge. Tu študentje študentov raziskave uporabljajo tablice za dokončanje kognitivnega programa usposabljanja kot tečaje električnega toka na nizki ravni skozi svoje možgane. (Lynn Johnson) 
Nevroznanstvenik Aron Barbey se upira ideji o polnjenju možganov v trgovskih centrih in letališčih. V resnici raje ne razmišlja o takšnih stvareh. (Lynn Johnson) 
Barbey si odmori meditacijo. V skladu s svojim holističnim pristopom do možganov si vsak dan vzame čas za meditacijo in se mu zdi še posebej koristno za spopadanje s stresi, povezanimi z delovnim mestom, kot je krmarjenje po predlogih za donacije. (Lynn Johnson) 
Terry Brann se prikrade za teste, kako kondicija izboljša možgane. (Lynn Johnson) 
Prehrana in kognitivne vaje so prav tako del Barbeyevega protokola. (Lynn Johnson) 
Raziskovalci izpopolnijo študijo o fitnesu in možganih. Pripadniki zračnih sil so dobri predmeti, ker so fizično sposobni. (Lynn Johnson) 
Zračne sile so zainteresirane za Barbeyjeve poskuse, saj lahko osebje, zajeto v računalniške zaslone, izgubi fokus in se utrudi. (Lynn Johnson) 
Ko je zbiral diagnostične slike od vietnamskih veteranov, ki so utrpeli možgansko travmo, je Barbey doživel izkušnjo "neverjetno globoko." (Lynn Johnson) Na podlagi tega znanja je Barbey skupaj z različnimi soavtorji objavil osupljivo serijo prispevkov, v katerih je opredelil možganske mreže za splošno inteligenco, čustveno inteligenco, kognitivno fleksibilnost, delovni spomin in drugo. Barbey je s sodelavci ambiciozno postavil arhitekturo za splošno obveščevalno in izvršilno funkcijo v kompleksnem, ciljno usmerjenem vedenju, ki vključuje široko porazdeljene dele možganov. vključno s predfrontalno skorjo. V tej študiji, v eni največjih in najobsežnejših tovrstnih ocen do zdaj, je sodelovalo 182 vetnamskih veteranov in ugotovila, da inteligenca "odraža sposobnost učinkovitega vključevanja verbalnih, prostorskih, gibalnih in izvršilnih procesov s pomočjo omejenega niza kortikalnih povezav." Barbey in njegova ekipa sta uspela določiti veliko teh povezav in opisati, kako delujeta.
Barbeyjeve izkušnje z veterani so mu pustile veliko več kot impresivno življenjepis. "Bilo je neverjetno globoko, " pravi Barbey, ki je zdaj urednik ali član upravnega odbora v štirih revijah, vključno s Frontiers in Neuroscience . "Ves ta čas porabimo za razvijanje teh teorij in razmišljamo o naravi človeškega uma ter se resnično trudimo, da bi razumeli delovanje teh možganskih mrež. In postane to zelo znanstveno, zelo tehnično podjetje. Toda potem, ko začnete sodelovati s posamezniki, ki delajo s pacienti, z vietnamskimi veterani, postane takoj jasno, da gre za to zelo pomembno vprašanje. In res gre za izboljšanje kakovosti življenja ljudi in iskanje rešitev za te zelo težke težave, s katerimi se soočajo. "
Nesrečna zapletenost možganov je največja ovira za reševanje takšnih težav. Ali tako bi bilo videti. Toda ta zelo zapletenost tudi omogoča, da znanost izboljša uspešnost pri najrazličnejših nalogah - dokler raziskovalci vedo, na katera omrežja je treba ciljati. Stimuliranje pravilnih omrežij, pravi Barbey, je odvisno od tega, ali vemo, katera so vključena v določeno nalogo in ali bodo sposobna ciljati na ta omrežja v pravilnem odmerku in trajanju. "Kako torej vemo, ali spodbujamo prave strukture?" "Odvisno je od naloge. Naloga je kritična. "
V dolgi senci vsega, kar o možganih ne vemo, tDCS osvetljuje, kako deluje. Nevroni so medij za električno aktivnost v možganih, a kot poudarja Barbey, "jih je približno 100 milijard in imajo številne lastnosti, ki nam ubežujejo." Barbeyjeva raziskava se osredotoča na človeško inteligenco in odločanje. Inteligenca, pravi, izhaja iz interakcije med več možganskimi omrežji, vključno z osrednjim izvršnim omrežjem, porazdeljenim nevronskim sistemom (nekakšna tridimenzionalna pajkova mreža), ki je dobro znana, da podpira funkcije, kot so načrtovanje, reševanje problemov, presoja in odločanje.
V značilnem eksperimentu tDCS, ki je usmerjen v osrednjo izvršilno mrežo, Barbey razporedi elektrode, da pošljejo tok skozi čelni in parietalni reženj, ko njegovi subjekti opravljajo računalniško nalogo. V enem takšnem testu, imenovanem naloga n-back, se udeležencem prikažejo črke in se morajo spomniti, ali ustrezajo črkam, ki so jih videli prej.
Barbey pravi, da električni tok povečuje razburljivost nevronov, vključenih v nalogo, zaradi česar je večja verjetnost, da bodo požarili in okrepili sinaptične povezave med njimi. "Nevroni, ki streljajo skupaj, " pravi Barbey in navaja aksiom legendarnega kanadskega psihologa Donalda Hebba. V dokumentu iz septembra 2015 znanstvenik AFRL Ryan Jankord in sodelavci poročajo, da je 30 minut tDCS pri podganah "povzročilo močno povečanje" povezav med celicami v hipokampusu, ki so ključne za učenje in spomin.
Tudi pri ljudeh se zdi, da tDCS pridobiva dodatne nevrone, ki prvotno niso bili vključeni v neko nalogo, kar ustvarja tisto, kar Barbey imenuje podmrežja, ki izboljšajo delovanje. Toda pri povečanju ekscitabilnosti nevronov ni ničesar koristnega, dodaja. "Učinkovit je le v posebnih okoliščinah, kjer dovajate električni tok v regije, ki so vključene v nalogo." To je ključni del, kako upravlja tDCS: Tema mora aktivno uporabljati zadevne dele možganov. Vseeno previdno, Barbey poudarja, da "osnovni biofizikalni mehanizmi niso dovolj dobro opisani." Z drugimi besedami, raziskovalci niso povsem prepričani, zakaj tDCS počne to, kar počne.
Nekateri so se spraševali, ali sploh kaj počne. Januarja 2015 je avstralski znanstvenik Jared Horvath in dva njegova kolega objavil analizo več kot 200 študij o tDCS. Njihov zaključek: "Naš kvantitativni pregled ne podpira ideje, da tDCS ustvarja zanesljiv učinek na kognicijo pri zdravih odraslih." Dokument je sprožil polemiko, pri čemer so zagovorniki tDCS spraševali o Horvathovih metodah - izključil je več kot 170 študij, katerih rezultati niso imeli je ponovil vsaj en drug laboratorij. Barbey se strinja s Horvathovim stališčem in ugotavlja, da čeprav je bila tDCS široko raziskana, navdušenje nad njo "presega mehanične teorije" o tem, kako deluje. Po njegovem mnenju te vrzeli v znanju zavlačujejo razvoj učinkovitejših protokolov in prinašajo različne ugotovitve, ki jih ni mogoče razložiti, podvrženi so se kritikam, kakršne so Horvathova.
"Ljudje poskušajo spremeniti svojo zavest, odkar so ugotovili, da imajo zavest, " pravi Jonathan D. Moreno, profesor medicinske etike in zdravstvene politike na Medicinski šoli Perelman University of Pennsylvania. Moreno pravi, da ga je napredek na področju tDCS doslej premagal. "Samo mislim, da smo še vedno toliko v gozdu in bomo še dolgo, " pravi. "Odvisno je od tega, koga poskušaš izboljšati in za kaj. Nikoli ne bi mogel, da bi bil Einstein in Einstein verjetno ne potrebuje veliko izboljšav. "
Manj skeptičen je glede terapevtske uporabe tDCS za ponovno vzpostavitev neke stopnje normalne funkcije pri ljudeh z določenimi motnjami. "Zdi se, da je terapija bolj izvedljiva kot izboljšava, " pravi. Številne študije v zadnjih letih so pokazale, da ima potencial učinkovito zdravljenje večje depresije, posttravmatske stresne motnje in drugih nevropsihiatričnih težav. Obetalo se je tudi bolnikom z alzheimerjevo boleznijo in možgansko kapjo med nalogami spomina besed in slike. Študija iz leta 2014 je pokazala, da je tDCS izboljšal učenje jezika, kar kaže na njegov potencial kot zdravljenje za jezikovni primanjkljaj, ki ga povzroči možganska kap. Raziskave zračnih sil, ki niso povezane s kliničnimi motnjami, lahko kažejo na še eno potencialno korist terapevtskega tDCS: Skupine raziskovalcev v Nemčiji, Braziliji in ZDA so ugotovile, da lahko dva tedna vsakodnevnega tDCS v tednih ali celo mesecih izboljšajo delovanje na zelo specifična naloga. "Zdi se, da spreminjate nevronske povezave v možganih, " pravi McKinley.
42-mesečni projekt z naslovom Insight bi lahko zagotovil bolj konkretne odgovore. Barbeyjev laboratorij je program sprožil leta 2014, z 12, 7 milijona dolarjev financiranja s strani urada direktorja nacionalne obveščevalne službe. To je ena največjih študij o zmožnosti presojanja v novih pogojih doslej. Naveden cilj vlade je izboljšati veščine prilagajanja in reševanja težav obveščevalnega osebja. Pod Barbeyjevim nadzorom 1.000 zdravih prostovoljcev, starih od 18 do 44 let (med njimi je veliko študentov z univerze v Illinoisu), prejema odmerke tDCS, medtem ko izvaja kognitivne vadbe, ki preizkušajo te sposobnosti. Ampak to je le del protokola: obiskujejo tudi vadbo za fizično kondicijo, spremljajo pa se tudi njihova prehrana in prehransko zdravje.
Vadba se morda zdi nizkotehnološka v primerjavi s tDCS. Toda Barbeyja prav tako zanima moč znoja, kot je potencial električne energije. Sodeluje v ločenem projektu, pri čemer se letalstvo osredotoča na visokointenzivno intervalno usposabljanje. Sama vadba se je že izkazala za vsaj tako učinkovito kot tDCS za izboljšanje kognitivne uspešnosti. Čeprav Barbey pravi, da je treba dokončno klinično preskušanje še opraviti, več kot 40 let raziskav kaže na povečanje obsega sive snovi med aerobno sposobnimi starejšimi odraslimi in tudi za 40 odstotkov manjše tveganje za upad kognitiv pri tistih, ki redno telovadijo. Alzheimerjevi bolniki, ki sodelujejo v programih akutne vadbe, imajo povečan možgansko nevrotrofni faktor, protein, ki spodbuja zdravje in rast možganskih celic.
Kot pravi Barbey, vadba še posebej impresionira na izvršilne funkcije. "Če bi šli zdaj zunaj in bežali s polno hitrostjo vse do konca ulice in nato s polno hitrostjo tekali vse do konca nazaj, " pravi Barbey, "ko bi sedli tukaj, da bi nadaljevali pogovor, bi bodite pozornejši, izboljšal bi se naš spomin, imeli bi boljše nadzorne funkcije in ti učinki bi trajali približno 20 do 30 minut. "
Barbey želi tudi razumeti vpliv prehrane na zdravje možganov in spoznanje. "Vemo, da če želite biti športnik, morate jesti določene stvari in se ukvarjati z določenimi oblikami telesne dejavnosti, " pravi. "Ta prehrana deluje tudi na možgane." Subjekti v njegovem projektu zračnih sil vzamejo poseben dodatek, ki ga je ustvaril laboratorij Barbey v sodelovanju z Abbott Nutrition. Formula je lastniška, vendar Barbey pravi, da vsebuje sestavine za spodbujanje mišične moči, kardiovaskularnega zdravja in aerobne kondicije, pa tudi zdravja možganov. "Poleg tega imamo posebne prehranske profile, za katere domnevamo, da imajo pomembno vlogo pri izboljšanju možganskega zdravja in kognitivnih sposobnosti, " pravi. Skratka, Barbey verjame, da lahko vadba in prehrana zagotavljata trajne, celostne koristi, ki jih samo spodbujanje določenih možganskih mrež verjetno ne bo prineslo.
Kljub temu tDCS ostaja najbolj eksotična od intervencij. Privlačno je domnevati, da lahko več sej zdravljenja poveča splošno inteligenco, namesto da bi le izboljšalo uspešnost naloge. Toda Barbey ni našel nobenih dokazov, da lahko tDCS človeka naredi pametnejši. "Zdi se, da je odgovor ne, " pravi.
To je eden od razlogov, da predvideva prihodnost, v kateri bodo ljudje uporabljali ciljno usmerjen tDCS skupaj s spremembami življenjskega sloga: slednji bo izboljšal njihovo splošno zdravstveno in duševno sposobnost, medtem ko bo prvi izboljšal posebne kognitivne sposobnosti. Kot Barbey vidi, bo nabor intervencij odvisen od posameznikovih ciljev. Subjekt bo na primer želel izboljšan delovni pomnilnik in bi moral izboljšati vpletene možganske mreže. "Sposobnost za razvoj prilagojenega posega je odvisna od razumevanja osnovnih mehanizmov, " pravi Barbey. "Če ne razumemo mehanizmov, zagotovo ne moremo doseči krojenja."
Toda Barbey ve, da njegovo delo napaja nadomestno vizijo prihodnosti, kjer se ljudje v vseh vrstah zasebnih in komercialnih okolij lahko rutinsko usedejo na sestanke, ki jih vodijo možgani. Raje ne razmišlja o takšnih stvareh, ampak ko se mu zastavlja vprašanje, ali ta model morda obstaja že 50 let - nekakšen LensCrafters za možgane - pravi: "Ob predpostavki, da smo na pravi poti, ob predpostavki, da tDCS dejansko lahko prinese močne izboljšave, potem da. "Nato se hitro vrne v današnjo resničnost. "Vendar se še vedno učimo teh metod in še vedno izvajamo eksperimente za oceno njihove učinkovitosti. Torej je še prezgodaj. In to se zgodi s komercializmom. Prehitro grejo. "Barbey se zavzema za slabo prikazovanje komercialne panoge za treniranje možganov in noče, da bi ljudje s svojim ponudbami obiskovali njegovo delo. Na primer milijoni uporabnikov pametnih telefonov so naložili igre, kot je Lumosity, ki trdijo, da znatno izboljšajo pomnilnik. "Vsekakor obstajajo dokazi, ki nakazujejo, da če igrate delovno spominsko igro, boste v tej delovni spominski igri postali boljši, " pravi. "Manj jasno je, ali ima to še kakšen vpliv." (Barbeyjev skepticizem je bil okrepljen januarja, ko se je Lumosity dogovoril, da bo plačal dva milijona dolarjev za poravnavo zveznih stroškov zavajajočega oglaševanja, ker je trdil, da lahko njegov izdelek upočasni kognitivni upad. Sodba v višini 50 milijonov dolarjev je bila začasna ker podjetje ni imelo denarja.)
Barbey vztraja, da bližnjic v nevroznanosti ni. Trenutno sta na voljo vsaj dve komercialni napravi tDCS, Halo in Thync, vendar ga je odložil z namigovanjem, da je mogoče postati pametnejši, če samo pritisnete stikalo ali igrate igro. "Resnično se moramo sprehoditi po težki poti, " pravi. Za Barbey možgani ne zahtevajo nič manj.
