La două sute treizeci și cinci de ani de la omul de știință italian Luigi Galvani a raportat că picioarele de broască dezmembrate se răsucesc, ca răspuns la o sarcină statică aplicată unui nerv, încă cercetăm misterele a ceea ce el numea „electricitate animală”, în special în creier. Că creierul generează un pic din propria energie electrică, care poate fi detectată printr-o electroencefalogramă, sau EEG, este bine stabilită, la fel și faptul că unii neurochirurgi folosesc astăzi unii electrozi subțiri pentru păr pentru a stimula structurile cerebrale profunde și pentru a opri tremururile Parkinson. Însă oamenii de știință explorează acum o întrebare care este, bine, deranjantă: Poate dozele joase de electricitate, transmise prin păr, piele și craniu, direct în anumite regiuni ale creierului, să facă oamenii deja sănătoși mai clare și mai atenți?
Citiri conexe
Îmbunătățește-ți creierul: cum să folosești tDCS, nootropice și microbi pentru a-ți revoluționa funcția creierului.
A cumparaAron Barbey, un neurolog de 39 de ani la Universitatea din Illinois, este un lider în această cercetare, deși este extrem de prudent cu privire la perspectivele sale. El rezistă ideii că mall-urile și aeroporturile de mâine vor avea stații comerciale de încărcare a creierului, versiuni actualizate ale masajului de astăzi, dar dacă viitorul respectiv (sau ceva asemănător) va trece, munca sa va fi jucat un rol esențial în realizarea acesteia . Barbey este directorul Laboratorului de Neuroștiință al Deciziei UI de la Institutul Beckman pentru Știință și Tehnologie Avansată al universității, iar experimentele sale par să indice un moment în care studenții, soldații, directorii și persoanele în vârstă ar putea beneficia cu toții de un tratament numit transcranial direct-curent. stimulare (tDCS).
Într-o cameră fără ferestre din Baza Forțelor Aeriene Wright-Patterson, în apropiere de Dayton, Ohio, mă uit la John McIntire, un voluntar civil în vârstă de 33 de ani, care primește TDCS. Se așază la un computer, făcând clic pe o serie de lumini intermitente minuscule, un bandaj de tifon înfășurat sub bărbie și peste vârful capului. Bandajul ține un mic grup de electrozi la locul său în partea stângă superioară a capului său. Există un alt grup de electrozi pe brațul său din dreapta sus. Firurile dintr-o cutie albastră mică de pe birou poartă o sarcină electrică slabă, care curge de la cutie la electrozii de pe cap și în jos, deși creierul său până la electrozii de pe braț. Cercetătorii cred că curentul lovește unele zone cheie ale creierului său central, inclusiv locus coeruleus, care eliberează norepinefrină și este implicat în atenție și trezire.
"Mă simt bine", spune McIntire la finalul sesiunii de 30 de minute. A experimentat vreo senzație fizică pe măsură ce curentul îi trecea prin creier? „Nu”, spune el, „nu pot să spun de fapt dacă primesc sau nu tratamentul.” Pentru că este un studiu dublu orb, unii subiecți primesc tDCS vag, fără curent. (McIntire a primit adevăratul lucru.) Cercetătorii spun că nu au văzut efecte secundare semnificative, ci doar anumite sensibilități ale pielii de la electrozi. Unii subiecți care primesc tDCS raportează durerile de cap după aceea, dar la fel și unii dintre cei care primesc tratamente fictive.
Studiul în curs de la Wright-Patterson este o colaborare între grupul lui Barbey și Laboratorul de Cercetări al Forțelor Aeriene (AFRL). Este doar unul dintre numeroasele experimente pe care Barbey le-a lansat cu parteneri de cercetare majori. „Scopul nostru”, spune el, „este să înțelegem mecanismele neuronale care stau la baza inteligenței umane și luarea deciziilor - modul în care inteligența și luarea deciziilor sunt puse în aplicare în creier - și apoi să folosiți aceste cunoștințe pentru a dezvolta aceste noi intervenții.”
Nu este greu de înțeles de ce Forța Aeriană ar fi interesată de ceea ce Barbey are de oferit. Mulți dintre personalul său petrec până la 12 ore pe zi, șase zile pe săptămână, uitându-se la imagini cu imagini de supraveghere și încercând să le identifice semnele drone. Cercetările arată că performanța lor începe să scadă după doar 20 de minute de serviciu. „Lipsa țintelor în situații de luptă din viața reală este o afacere importantă, pentru că asta ar putea costa pe cineva viața lor”, spune Andy McKinley, un neurolog științific AFRL. „Și credem că tDCS ar putea fi un instrument care să îi ajute pe analiști, atunci când încep să obosească, să își mențină performanța.”
Abonați-vă la revista Smithsonian acum pentru doar 12 dolari
Acest articol este o selecție din numărul de mai al revistei Smithsonian
A cumparaPână acum, concluziile au fost promițătoare. Într-o serie de studii publicate începând din 2013 în NeuroImage, Stimularea creierului și în alte reviste, s-a demonstrat că singurul tDCS reduce oboseala și îmbunătățește sau păstrează performanța. Membrii serviciului care au primit curentul dimineața au fost mult mai atenți și mai vigilenți decât subiecții de control atunci când au fost testați după-amiaza târziu. De asemenea, tratamentul părea să-și îmbunătățească dispozițiile și nivelul de energie. McKinley, care lucrează cu tDCS încă din 2007, spune că efectul unei doze de 30 de minute de TDCS de două milimetri dimineața „durează toată ziua” (în comparație, tratamentele moderne de terapie electroconvulsivă implică până la 900 de milimetri.) un studiu de privare de somn aferent AFRL aferent, dar încă publicat, subiecții au fost ținuți treji timp de 21 de ore, apoi li s-au administrat fie cofeină, tDCS fictiv sau tDCS efectiv înainte de a-și continua sarcinile până la alte 15 ore. Membrii grupului al treilea s-au lăudat de două ori cu exactitatea în găsirea țintelor celorlalte două grupuri. Ei au raportat, de asemenea, scoruri de dispoziție subiective mai mari și au spus că tDCS i-a făcut să se simtă înviorați.
Protocolul Barbey a proiectat combină tDCS, nutriție și exerciții fizice cognitive și fizice într-un regim cuprinzător, cu potențialul de a îmbunătăți totul, de la abilitățile de matematică la raționamentul abstract. Prin activitatea sa, el examinează natura și structura minții umane și, în acest proces, se întreabă ce înseamnă cu adevărat să fii inteligent.
**********
A fost munca sa cu o altă generație de membri ai serviciului care l-a învățat pe Barbey complexitatea creierului uman. Între 2007 și 2011, a fost coleg de cercetare la Institutele Naționale de Sănătate, studiind un grup de veterani din Vietnam care suferiseră traume cerebrale. Deteriorarea a fost cauzată de scrapnelul cu viteză mică și de rănile glonțului - s-a limitat la zone discrete, ceea ce însemna că majoritatea funcțiilor cognitive ale acestora erau păstrate. Locațiile și dimensiunile rănilor lor au provocat deficite diferite, inclusiv probleme cu memoria, limbajul și cu funcții cognitive superioare, precum planificarea și rezolvarea problemelor.
Folosind un proces numit cartografierea leziunilor, Barbey a adunat imagini de diagnosticare ale creierului veteranilor și apoi a adaptat anatomia deteriorată a bărbaților la problemele lor documentate. Rezultatul a fost un atlas cerebral care a făcut posibilă conectarea funcțiilor cognitive specifice la rețelele neuronale subiacente.
John McIntire, un psiholog de cercetare în inginerie în vârstă de 33 de ani, voluntari pentru stimularea transcranială a curentului direct la baza forței aeriene Wright-Patterson. (Lynn Johnson) 
Experimentele tDCS implică atașarea electrozilor la cap și transmiterea unor doze de electricitate de joasă tensiune pe care subiectul uman nu le poate simți. (Lynn Johnson) 
McIntire se pregătește pentru tDCS. (Lynn Johnson) 
Un participant la cercetare la Universitatea din Illinois se pregătește să intre într-un aparat RMN. Cercetătorii folosesc aceste date pentru a analiza structura și funcția creierului subiecților care primesc tDCS. (Lynn Johnson) 
Tratamentul este conceput pentru a îmbunătăți performanța la o sarcină specifică la îndemână. Aici, subiecții de cercetare studenți folosesc tablete pentru a finaliza un program de formare cognitivă ca un curs de curent electric de nivel scăzut prin creierul lor. (Lynn Johnson) 
Neurologul Aron Barbey rezistă ideii stațiilor de încărcare a creierului la mall-uri și aeroporturi. De fapt, ar prefera să nu speculeze cu astfel de lucruri. (Lynn Johnson) 
Barbey face o pauză de meditație. În conformitate cu abordarea sa holistică asupra creierului, el își face timp pentru a medita în fiecare zi și este deosebit de util pentru a face față stresului legat de locul de muncă, cum ar fi navigarea propunerilor de subvenții. (Lynn Johnson) 
Terry Brann devine blocat în teste pentru modul în care fitness-ul îmbunătățește creierul. (Lynn Johnson) 
Nutriția și exercițiile cognitive fac parte, de asemenea, din protocolul lui Barbey. (Lynn Johnson) 
Cercetătorii rafinează un studiu asupra fitnessului și creierului. Membrii Forțelor Aeriene fac subiecte bune, deoarece sunt apți fizic. (Lynn Johnson) 
Forța Aeriană este interesată de experimentele lui Barbey, deoarece personalul angajat pe ecranele computerului poate pierde focalizarea și oboseala. (Lynn Johnson) 
În timp ce colecta imagini de diagnostic de la veteranii din Vietnam care suferiseră traume cerebrale, Barbey a găsit experiența „incredibil de profundă” (Lynn Johnson) Bazându-se pe această cunoaștere, Barbey, cu diverși coautori, a continuat să publice o serie formidabilă de documente care identifică rețele de creier pentru inteligență generală, inteligență emoțională, flexibilitate cognitivă, memorie de lucru și multe altele. În ceea ce ar putea fi considerată opera sa de cartografiere a leziunilor, publicată în revista Brain în aprilie 2012, Barbey și colegii au elaborat ambițios o arhitectură pentru inteligența generală și funcția executivă - comportamente complexe, orientate spre obiective, care implică părți ale creierului distribuite pe scară largă, inclusiv cortexul prefrontal. Studiul, una dintre cele mai mari și mai cuprinzătoare evaluări de acest gen efectuate până în prezent, a implicat 182 de veterani din Vietnam și a concluzionat că informația „reflectă capacitatea de a integra eficient procesele verbale, spațiale, motorii și executive printr-un set circumscris de conexiuni corticale.” Barbey și echipa sa au putut să identifice multe dintre aceste conexiuni și să descrie modul în care au funcționat.
Experiența lui Barbey cu veteranii l-au lăsat cu mult mai mult decât un CV impresionant. „A fost incredibil de profund”, spune Barbey, care acum servește ca redactor sau membru al consiliului la patru reviste, inclusiv Frontiers in Neuroscience . „Petrecem tot acest timp dezvoltând aceste teorii și ne gândim la natura minții umane și muncim cu adevărat din greu pentru a înțelege funcția acestor rețele de creier. Și devine această întreprindere foarte științifică, foarte tehnică. Dar, după ce începeți să lucrați cu indivizi, lucrați cu pacienți, cu veterani din Vietnam, devine imediat clar că există această problemă foarte importantă în joc. Și este vorba într-adevăr despre îmbunătățirea calității vieții oamenilor și găsirea de soluții la aceste probleme foarte grele cu care se confruntă. "
Complexitatea înnebunitoare a creierului în sine este cel mai mare obstacol în abordarea unor astfel de probleme. Sau așa s-ar părea. Dar această complexitate însăși permite, de asemenea, științei să îmbunătățească performanța într-o gamă largă de sarcini - atât timp cât cercetătorii știu ce rețele să țintească. Stimularea rețelelor corecte, spune Barbey, depinde de a ști care sunt cele care sunt implicate într-o sarcină dată și de a putea viza acele rețele la doza și durata corectă. „Deci, cum știm dacă stimulăm structurile corecte?”, Se întreabă el. „Depinde de sarcină. Sarcina este critică. ”
În umbra lungă a tot ceea ce nu știm despre creier, tDCS aruncă o nouă lumină asupra modului de funcționare. Neuronii sunt mass-media pentru activitatea electrică în creier, dar, după cum subliniază Barbey, „există 100 de miliarde dintre ei și au multe proprietăți care ne evadează.” Cercetările lui Barbey se concentrează pe inteligența umană și luarea deciziilor. Spune, spune el, interacțiunea dintre rețelele cerebrale multiple, inclusiv rețeaua executivă centrală, un sistem neuronal distribuit (un fel de pânză de paianjen 3-D) care este bine cunoscut pentru a susține funcții precum planificarea, rezolvarea problemelor, judecata și luarea deciziilor.
Într-un experiment tDCS tipic care vizează rețeaua executivă centrală, Barbey aranjează electrozii pentru a trimite curentul prin lobii frontali și parietali în timp ce subiecții săi îndeplinesc o sarcină bazată pe computer. Într-un astfel de test, numit sarcina n-back, participanților li se arată scrisori și trebuie să-și amintească dacă se potrivesc cu literele pe care le-au văzut anterior.
Barbey spune că curentul electric sporește excitabilitatea neuronilor implicați în sarcină, făcându-i mai predispuși la foc și întărind conexiunile sinaptice dintre ei. „Neuronii care se aprind împreună se unesc”, spune Barbey, citând un axiom al legendarului psiholog canadian Donald Hebb. Într-o lucrare din septembrie 2015, savantul AFRL, Ryan Jankord, și colegii săi, au raportat că 30 de minute de tDCS la șobolani „au indus o îmbunătățire robustă” a conexiunilor dintre celulele hipocampului care sunt critice pentru învățare și memorie.
La oameni, tDCS pare să recruteze neuroni suplimentari neimplicați inițial într-o sarcină, creând ceea ce Barbey numește sub-rețele care îmbunătățesc performanța. Dar nu este nimic inerent benefic în ceea ce privește creșterea excitabilității neuronilor, adaugă el. „Este eficient doar în condiții specifice, în care furnizați curent electric către regiunile implicate în sarcină”. Aceasta este o parte cheie a modului în care administrează tDCS: Subiectul trebuie să utilizeze activ părțile creierului în cauză. Totuși prudent, însă, Barbey subliniază că „mecanismele biofizice de bază nu sunt bine caracterizate.” Cu alte cuvinte, cercetătorii nu sunt deloc siguri de ce tDCS face ceea ce face.
Unii s-au pus problema dacă face ceva deloc. În ianuarie 2015, savantul australian Jared Horvath și doi dintre colegii săi au publicat o analiză a peste 200 de studii tDCS. Concluzia lor: „Revizuirea noastră cantitativă nu susține ideea că tDCS generează un efect fiabil asupra cogniției la adulții sănătoși.” Lucrarea a declanșat o controversă, apărătorii tDCS punând la îndoială metodele lui Horvath - a exclus mai mult de 170 de studii ale căror rezultate nu au avut au fost replicate de cel puțin un alt laborator. Barbey ia punctul lui Horvath și observă că, deși tDCS a fost investigat pe scară largă, entuziasmul pentru aceasta a „depășit teoriile mecaniciste” despre modul în care funcționează. El spune că aceste lacune în cunoaștere întârzie dezvoltarea protocoalelor mai eficiente și produc o diversitate de constatări care nu pot fi explicate, împrumutându-se unor critici precum Horvath.
„Oamenii încearcă să-și schimbe conștiința de când și-au dat seama că au conștiință”, spune Jonathan D. Moreno, profesor de etică medicală și politici de sănătate la Școala de Medicină a Universității din Pennsylvania din Perelman. Moreno spune că a fost subliniat de progresele înregistrate în domeniul tDCS până acum. „Cred doar că suntem atât de mult în pădure și tot așa vom fi mult timp”, spune el. „Depinde de cine încerci să îmbunătățești și pentru ce. Nu ai putea niciodată să mă faci să fiu Einstein și Einstein probabil nu are nevoie de multă îmbunătățire. ”
Este mai puțin sceptic în ceea ce privește utilizarea terapeutică a tDCS pentru a restabili un anumit grad de funcție normală la persoanele cu anumite tulburări. „Terapia pare să fie mai realizabilă decât îmbunătățirea”, spune el. Studii multiple din ultimii ani au demonstrat că are un potențial tratament ca depresie majoră, tulburare de stres posttraumatică și alte probleme neuropsihiatrice. De asemenea, a aratat promisiune pentru pacientii cu Alzheimer si accident vascular cerebral in timpul sarcinilor de memorie de cuvant si de imagine-recunoastere. Și un studiu din 2014 a descoperit că tDCS a îmbunătățit învățarea limbilor străine, sugerând potențialul său ca tratament pentru deficitele de limbă cauzate de accident vascular cerebral. Cercetările efectuate de Forțele Aeriene, care nu au legătură cu tulburările clinice, pot indica un alt beneficiu potențial al tDCS terapeutice: Echipele de cercetători din Germania, Brazilia și SUA au descoperit că două săptămâni de tDCS zilnice pot duce la săptămâni sau chiar luni de performanță îmbunătățită la o sarcină foarte specifică. „Se pare că faci schimbări durabile la conexiunile neuronale din creier”, spune McKinley.
Un proiect de 42 de luni numit Insight ar putea oferi răspunsuri mai concrete. Laboratorul lui Barbey a lansat programul în 2014, cu o finanțare de 12, 7 milioane de dolari de la Oficiul Directorului de Informații Naționale. Este unul dintre cele mai mari studii ale abilității de a raționa în condiții inedite. Obiectivul declarat al guvernului este de a îmbunătăți raționamentul adaptiv și abilitățile de soluționare a problemelor personalului de informații. Sub supravegherea lui Barbey, 1.000 de voluntari sănătoși cu vârste cuprinse între 18 și 44 de ani (mulți dintre ei studenți ai Universității din Illinois) primesc doze de TDCS în timp ce efectuează exerciții de antrenament cognitiv care testează aceste abilități. Dar asta este doar o parte din protocol: De asemenea, sunt supuse unor sesiuni de antrenament pentru fitness fizic, iar dietele și sănătatea lor nutritivă sunt monitorizate.
Exercițiile fizice ar putea părea de înaltă tehnologie în comparație cu tDCS. Dar Barbey este la fel de interesat de puterea transpirației ca și de potențialul energiei electrice. Este implicat într-un proiect separat cu forța aeriană, concentrându-se în mod clar pe antrenamentele cu intensitate mare. Exercițiile individuale s-au dovedit deja cel puțin la fel de eficiente ca tDCS în îmbunătățirea performanței cognitive. Deși Barbey spune că studiul clinic definitiv rămâne de făcut, peste 40 de ani de cercetare arată o creștere a volumului de materii cenușii în rândul adulților în vârstă potriviți aerobic, precum și un risc redus cu 40 la sută de declin cognitiv în rândul celor care exercită regulat. Pacienții Alzheimer care iau parte la programele de exerciții acute au un factor neurotrofic crescut din creier, o proteină care promovează sănătatea și creșterea celulelor creierului.
Potrivit lui Barbey, exercițiile fizice au un efect deosebit de impresionant asupra funcțiilor executive. „Dacă ar fi să mergem afară chiar acum și să alergăm cu viteză maximă până la capătul străzii și apoi să circulăm cu viteză maximă înapoi”, spune Barbey, „când ne-am așezat aici pentru a continua conversația noastră fiți mai atenți, memoria noastră ar fi îmbunătățită, am avea funcții de control executiv mai bune, iar aceste efecte ar dura aproximativ 20-30 de minute. ”
De asemenea, Barbey vrea să înțeleagă impactul nutriției asupra sănătății creierului și a cogniției. „Știm că, dacă vrei să fii sport, trebuie să mănânci anumite lucruri și să te angajezi în anumite tipuri de activități fizice”, spune el. „Această nutriție funcționează și pe creier.” Subiecții din proiectul său Forța Aeriană iau un supliment special creat de laboratorul lui Barbey în colaborare cu Abbott Nutrition. Formula este proprietară, dar Barbey spune că include ingrediente pentru a promova forța musculară, sănătatea cardiovasculară și fitnessul aerobic, precum și sănătatea creierului. „În plus, avem profiluri nutriționale specifice pe care le considerăm că joacă un rol important în îmbunătățirea sănătății creierului și a capacității cognitive”, spune el. Pe scurt, Barbey consideră că exercițiile fizice și nutriția pot oferi beneficii durabile și holistice, care doar stimularea rețelelor specifice de creier ar putea să nu ofere niciodată.
Totuși, tDCS rămâne cea mai exotică dintre intervenții. Este tentant să presupunem că mai multe ședințe de tratament ar putea crește inteligența generală, în loc să îmbunătățească doar performanțele pentru sarcina la îndemână. Dar Barbey nu a găsit nicio dovadă că tDCS poate face o persoană mai inteligentă peste tot. „Răspunsul pare să nu, ” spune el.
Acesta este un motiv pentru care intenționează un viitor în care oamenii vor folosi TDCS țintită împreună cu schimbările de stil de viață: cel de-al doilea își va îmbunătăți sănătatea generală și performanța mentală, în timp ce primii vor îmbunătăți abilitățile cognitive specifice. După cum o vede Barbey, suita de intervenții va depinde de obiectivele individului. Un subiect ar putea dori, de exemplu, îmbunătățirea memoriei de lucru și trebuie să îmbunătățească rețelele cerebrale implicate. „Abilitatea de a dezvolta o intervenție adaptată depinde de înțelegerea mecanismelor de bază”, spune Barbey. „Dacă nu înțelegem mecanismele, cu siguranță nu putem realiza croitorie.”
Dar Barbey știe că munca sa alimentează o viziune alternativă a viitorului, una în care oamenii din tot felul de setări private și comerciale se pot așeza în mod obișnuit pentru sesiuni de încărcare a creierului. El ar prefera să nu facă speculații despre astfel de lucruri, dar atunci când este încredințat dacă acest model poate exista în urmă cu 50 de ani - un fel de LensCrafters pentru creier - spune el, „Presupunând că suntem pe drumul cel bun, presupunând că tDCS de fapt poate produce îmbunătățiri solide, apoi da. ”Apoi se întoarce repede la realitatea actuală. „Dar încă învățăm despre aceste metode și continuăm să experimentăm pentru a le evalua eficacitatea. Deci este încă prea devreme. Și asta se întâmplă cu comercialismul. Ei merg mult prea repede. ”Barbey are o viziune generală slabă asupra industriei comerciale de formare a creierului și nu dorește ca oamenii să își poată lucra cu ofertele sale. Milioane de utilizatori de smartphone-uri, de exemplu, au descărcat jocuri precum Lumosity, care pretind că îmbunătățesc semnificativ memoria. „Există cu siguranță dovezi care sugerează că, dacă jucați un joc de memorie de lucru, veți obține mai bine la acel joc de memorie care funcționează”, spune el. „Ceea ce este mai puțin clar este dacă acesta are vreun alt impact.” (Scepticismul lui Barbey a fost consolidat în ianuarie, când Lumosity a acceptat să plătească 2 milioane de dolari pentru a stabili taxele federale de publicitate înșelătoare pentru a pretinde produsul său ar putea încetini declinul cognitiv. O hotărâre de 50 de milioane de dolari a fost suspendată pentru că compania nu avea bani.)
Barbey insistă că nu există scurtături în neuroștiință. Cel puțin două dispozitive comerciale tDCS, Halo și Thync, sunt disponibile în prezent, dar el a renunțat la sugestia că este posibil să deveniți mai inteligent doar făcând un switch sau jucând un joc. „Trebuie să luăm drumul greu”, spune el. Pentru Barbey, creierul nu cere nimic mai puțin.
