Американские военные тестируют электростимуляцию мозга для улучшения многозадачности

Армия США начала тестирование нового способа повышения умственных способностей людей при помощи электростимуляции мозга. В категорию специальностей, которым будет предложена эта методика, входят ВВС, операторы дронов и другие военные, кому требуется быстро реагировать на возникающие проблемы в стрессовых ситуациях. По словам специалистов, разработавших методику, электростимуляция, в числе прочих эффектов, сокращает время реакции человека на внешние раздражители. Речь идет о так называемой «транскраниальной микрополяризации» (tDCS).

Аппаратная часть системы включает пять электродов, которые посылают слабый электрический разряд через череп в определенные области коры головного мозга. Предыдущие исследования показали, что это помогает улучшить работу определенных групп нейронов, что в свою очередь, улучшает когнитивные способности самого человека.

Эта технология рассматривается, как более безопасная альтернатива таким медицинским препаратам, как модафинил и риталин. Оба используются в качестве стимуляторов работы мозга, в том числе, в армии США. Выдаются эти препараты в случае необходимости, только по рецепту врача.

Когнитивные способности человека могут ухудшаться, если нагрузки становятся слишком интенсивными. Исследование ученых показывает, что стимуляция мозга при помощи электрических сигналов может улучшить работу мозга и держать ее на определенном уровне в течение определенного времени

Разработчики технологии электростимуляции мозга уверены, что здесь нет никаких вредных побочных эффектов. В то же время, некоторые специалисты полагают, что для утверждения о полной безвредности технологии необходимо наблюдать за добровольцами, которые испытывают на себе электростимуляцию, в течение длительного времени.

Одним из поводов для опасения является тот факт, что в этой сфере пока что нет стандартов, описывающих область применения технологии и количественные параметры работы (сила тока, размещение электродов, время работы и т.п.). Поэтому в ближайшее время необходимо эти стандарты разработать, чтобы технология стала регулируемой. О том, что микростимуляция улучшает концентрацию внимания, заявили авторы исследования 2015 года. Военные США, насколько можно понять, только повторили это исследование, решив использовать его на практике.

Пока что электростимуляцию испытывают на ограниченном числе добровольцев базы ВВС им. Райта-Паттерсона в Огайо, США. По словам ученых, которые ведут работу над проектом, когнитивные способности уставших военных возрастают после того, как мозг людей стимулируют при помощи электричества.

«ВВС часто ведут воздушные операции с использованием удаленного управления летательными аппаратами, когда оператор-человек наблюдает за работой устройства и реагирует на внешние факторы в течение длительного периода времени. Из-за монотонности выполняемых операций эффективность работы операторов может падать вскоре после начала осуществления операции», — говорится в заявлении экспериментаторов.

Исследователи обнаружили, что стимуляция мозга при помощи электричества улучшает целый ряд возможностей человека, включая многозадачность и скорость реакции. Ученые, по их словам, работают с микрополяризацией (transcranial direct current stimulation (tDCS), оказывающей существенное влияние на человека.

В ходе экспериментов ученые выбрали несколько добровольцев и попросили их пройти тест, разработанный агентством НАСА. Этот тест проверяет возможность конкретного человека выполнять несколько задач одновременно. В рамках теста добровольцу нужно следить за объектом внутри движущейся окружности на экране компьютера. В это же время испытуемому необходимо вести наблюдение за тремя другими задачами и реагировать на возникающие запросы на экране.

Добровольцев разделили на две команды. Представители первой части надели на голову электроды, которые давали ток силой в 2 миллиампера в течение 36 минут. Вторая группа добровольцев тоже получила стимуляцию, но лишь в течении 30 секунд.

Авторы проекта утверждают, что представители первой группы проходили тест на многозадачность гораздо лучше, чем представители второй группы. Разница во времени выполнения задач теста составила четыре минуты. «Результаты показали, что микростимуляция улучшает возможности человека, в частности, его способность выполнять несколько задач одновременно», — указывают разработчики. Сейчас ученые работают над более масштабной проверкой эффективности электростимуляции мозга. В частности, они хотят выяснить, на какое время улучшаются когнитивные способности человека после завершения электростимуляции.

Результаты ученых с авиабазы в Огайо подтверждают результаты предыдущих исследований, которые проводили другие специалисты. В прошлом году ученые показали, что микростимуляция работает лучше, чем кофеин. Электростимуляции подвергали и снайперов, проверяя эффект в тренировочных программах виртуальной реальности.

Военные сейчас анализируют результаты исследований, оценивая возможность использования электростимуляции для других групп солдат, не только летчиков и снайперов. Тем не менее, ряд специалистов требует провести дополнительные исследования, доказывающие безопасность методики в долгосрочном периоде. «Даже для тех специальностей, где внимание человека чрезвычайно критично, мы должны быть убеждены, что все это безопасно, прежде, чем начать активное внедрение», — заявил Нейл Леви (Neil Levy), заместитель директора Оксфордского центра нейроэтики.

Кадр из фильма «Любовь и голуби»

Проблема еще в том, что создать аппаратуру для электростимуляции может практически любой человек — это не слишком сложно. Например, в интернете можно купить набор для электростимуляции и работать с ним сколь угодно долго — все это никак не регулируется. Молодые люди, чья нервная система находится еще в стадии формирования, могут испытывать электростимуляцию, и никто не знает, как это повлияет на их организм. Кроме того, использование бОльших токов может привести к повреждению мозга — это тоже необходимо сознавать.

А в 2014 году ученый из Оксфорда, Рой Коген Кадош (Roi Cohen Kadosh) предупреждал, что электростимуляция улучшает часть способностей человека, это действительно так. Но, в то же время, другие способности ухудшаются. Например, в одном из исследований испытуемые неплохо запоминали систему символов с числовыми соответствиями (к примеру, курица=2, яйцо=7), но вот использовать эти данные в другом, связанном задании, у добровольцев с микростимуляцией получалось хуже, чем у контрольной группы.

В тоже время, в этом году группа ученых из Гарварда, Оксфорда и Тюбингенского университета обнаружила, что tDCS ускоряет обучение и улучшает вербальную память более чем на 20%. При этом эффект был долгосрочным и сохранялся на протяжении 2х месяцев. Здесь электростимуляцию проводили с использованием тока силой 1 миллиампер по полчаса в день два дня подряд.

Другая группа ученых обнаружила, что микростимуляция позволяет сократить время сна, причем качество сна не снижается: усталости и сонливости после пробуждения нет. Соотношение фаз сна тоже не меняется.

Почему и как работает электростимуляция?

То, что она действительно оказывает эффект на нервную ткань, сомнений не вызывает. Ученые провели несколько исследований на эту тему. Вывод — микростимуляция вызывает так называемую долговременную потенциацию и долговременную депрессию синапсов. Все это — те процессы, которые лежат в основе формирования памяти и обучения. Что касается первого термина, он описывает процесс перестройки связей между отдельными нейронами, что усиливает «связность» отдельных областей мозга. Второй термин описывает процесс снижения «связности».

Главным образом, электростимуляция изменяет мембранный потенциал нейронов. То есть идет изменение физиологического состояния клеток нервной ткани, что делает их либо более активными, склонными к возбуждению, либо менее.

А что еще?

Есть и другие эффекты. В этом году очередная группа исследователей обнаружила, что микростимуляция влияет на нейропластичность через активацию глиальных клеток, которые можно назвать вспомогательными клетками нервной ткани. Плюс ко всему, еще одно исследование показало возможность изменения эпигенетической регуляции гена BDNF в результате воздействия микротоков на нервную ткань. Этот ген отвечает за формирование долговременной памяти. BDNF относится к нейротрофинам, веществам, стимулирующим и поддерживающим развитие нейронов.

Американские военные используют характерную конфигурацию электродов для стимуляции областей головного мозга, отвечающих за повышение концентрации внимания и устойчивость к «нервной усталости» от выполнения монотонных действий.

Иная конфигурация электродов может привести к другим эффектам, например, к улучшению «моторного обучения». В этом случае анод необходимо помещать над первичной моторной корой. Микростимуляцию используют и для лечения депрессии, включая тяжелые ее формы. По словам специалистов, эффект действия микротоков, вероятно, схож с действием антидепрессантво, в результате чего мозг начинает активно вырабатывать эндорфин и серотонин, так называемые «гормоны счастья». Причем побочных эффектов, присущим медикаментозному лечению депрессии, здесь практически нет.

В целом, по теме микростимуляции мозга опубликовано уже более 12 тысяч статей, причем в большинстве из них авторы приходят к выводу, что серьезных побочных эффектов здесь нет. В некоторых случаях отмечаются зуд в месте прикрепления электродов или головная боль, но это случается редко.

Сейчас многие специалисты уверены в том, что электростимуляция — это благо. В США, Европе и России стали появляться стартапы, предлагающие собственные наборы для электростимуляции в условиях дома или офиса. Причем есть системы как для спортсменов, так и для людей, которые ведут сидячий образ жизни и для которых важна ясность мыслей и концентрация.

Как уже говорилось, пока что нет информации о негативных последствиях использования электростимуляции. Возможно, их действительно нет, а может быть, просто не проводились исследования, ставившие целью изучить долгосрочный эффект использования малых токов для активизации работы мозга.

Общество, в целом, воспринимает электростимуляцию положительно. Среди тех пользователей, кто работал с разными tDCS -системами, большинство (около 50%) оценивают эффект, как «сильный положительный». Еще около 40% говорят о «среднем положительном эффекте». Остальные пользователи утверждают, что опыт работы с tDCS был неудачным.

Что касается военных, то они намерены продолжать свои эксперименты.

Армия США начала тестирование нового способа повышения умственных способностей людей при помощи электростимуляции мозга. В категорию специальностей, которым будет предложена эта методика, входят ВВС, операторы дронов и другие военные, кому требуется быстро реагировать на возникающие проблемы в стрессовых ситуациях. По словам специалистов, разработавших методику, электростимуляция, в числе прочих эффектов, сокращает время реакции человека на внешние раздражители. Речь идет о так называемой «транскраниальной микрополяризации» (tDCS).

Аппаратная часть системы включает пять электродов, которые посылают слабый электрический разряд через череп в определенные области коры головного мозга. Предыдущие исследования показали, что это помогает улучшить работу определенных групп нейронов, что в свою очередь, улучшает когнитивные способности самого человека.

Эта технология рассматривается, как более безопасная альтернатива таким медицинским препаратам, как модафинил и риталин. Оба используются в качестве стимуляторов работы мозга, в том числе, в армии США. Выдаются эти препараты в случае необходимости, только по рецепту врача.

Когнитивные способности человека могут ухудшаться, если нагрузки становятся слишком интенсивными. Исследование ученых показывает, что стимуляция мозга при помощи электрических сигналов может улучшить работу мозга и держать ее на определенном уровне в течение определенного времени

Разработчики технологии электростимуляции мозга уверены, что здесь нет никаких вредных побочных эффектов. В то же время, некоторые специалисты полагают, что для утверждения о полной безвредности технологии необходимо наблюдать за добровольцами, которые испытывают на себе электростимуляцию, в течение длительного времени.

Одним из поводов для опасения является тот факт, что в этой сфере пока что нет стандартов, описывающих область применения технологии и количественные параметры работы (сила тока, размещение электродов, время работы и т.п.). Поэтому в ближайшее время необходимо эти стандарты разработать, чтобы технология стала регулируемой. О том, что микростимуляция улучшает концентрацию внимания, заявили авторы исследования 2015 года. Военные США, насколько можно понять, только повторили это исследование, решив использовать его на практике.

Пока что электростимуляцию испытывают на ограниченном числе добровольцев базы ВВС им. Райта-Паттерсона в Огайо, США. По словам ученых, которые ведут работу над проектом, когнитивные способности уставших военных возрастают после того, как мозг людей стимулируют при помощи электричества.

«ВВС часто ведут воздушные операции с использованием удаленного управления летательными аппаратами, когда оператор-человек наблюдает за работой устройства и реагирует на внешние факторы в течение длительного периода времени. Из-за монотонности выполняемых операций эффективность работы операторов может падать вскоре после начала осуществления операции», — говорится в заявлении экспериментаторов.

Исследователи обнаружили, что стимуляция мозга при помощи электричества улучшает целый ряд возможностей человека, включая многозадачность и скорость реакции. Ученые, по их словам, работают с микрополяризацией (transcranial direct current stimulation (tDCS), оказывающей существенное влияние на человека.

В ходе экспериментов ученые выбрали несколько добровольцев и попросили их пройти тест, разработанный агентством НАСА. Этот тест проверяет возможность конкретного человека выполнять несколько задач одновременно. В рамках теста добровольцу нужно следить за объектом внутри движущейся окружности на экране компьютера. В это же время испытуемому необходимо вести наблюдение за тремя другими задачами и реагировать на возникающие запросы на экране.

Добровольцев разделили на две команды. Представители первой части надели на голову электроды, которые давали ток силой в 2 миллиампера в течение 36 минут. Вторая группа добровольцев тоже получила стимуляцию, но лишь в течении 30 секунд.

Авторы проекта утверждают, что представители первой группы проходили тест на многозадачность гораздо лучше, чем представители второй группы. Разница во времени выполнения задач теста составила четыре минуты. «Результаты показали, что микростимуляция улучшает возможности человека, в частности, его способность выполнять несколько задач одновременно», — указывают разработчики. Сейчас ученые работают над более масштабной проверкой эффективности электростимуляции мозга. В частности, они хотят выяснить, на какое время улучшаются когнитивные способности человека после завершения электростимуляции.

Результаты ученых с авиабазы в Огайо подтверждают результаты предыдущих исследований, которые проводили другие специалисты. В прошлом году ученые показали, что микростимуляция работает лучше, чем кофеин. Электростимуляции подвергали и снайперов, проверяя эффект в тренировочных программах виртуальной реальности.

Военные сейчас анализируют результаты исследований, оценивая возможность использования электростимуляции для других групп солдат, не только летчиков и снайперов. Тем не менее, ряд специалистов требует провести дополнительные исследования, доказывающие безопасность методики в долгосрочном периоде. «Даже для тех специальностей, где внимание человека чрезвычайно критично, мы должны быть убеждены, что все это безопасно, прежде, чем начать активное внедрение», — заявил Нейл Леви (Neil Levy), заместитель директора Оксфордского центра нейроэтики.

Кадр из фильма «Любовь и голуби»

Проблема еще в том, что создать аппаратуру для электростимуляции может практически любой человек — это не слишком сложно. Например, в интернете можно купить набор для электростимуляции и работать с ним сколь угодно долго — все это никак не регулируется. Молодые люди, чья нервная система находится еще в стадии формирования, могут испытывать электростимуляцию, и никто не знает, как это повлияет на их организм. Кроме того, использование бОльших токов может привести к повреждению мозга — это тоже необходимо сознавать.

А в 2014 году ученый из Оксфорда, Рой Коген Кадош (Roi Cohen Kadosh) предупреждал, что электростимуляция улучшает часть способностей человека, это действительно так. Но, в то же время, другие способности ухудшаются. Например, в одном из исследований испытуемые неплохо запоминали систему символов с числовыми соответствиями (к примеру, курица=2, яйцо=7), но вот использовать эти данные в другом, связанном задании, у добровольцев с микростимуляцией получалось хуже, чем у контрольной группы.

В тоже время, в этом году группа ученых из Гарварда, Оксфорда и Тюбингенского университета обнаружила, что tDCS ускоряет обучение и улучшает вербальную память более чем на 20%. При этом эффект был долгосрочным и сохранялся на протяжении 2х месяцев. Здесь электростимуляцию проводили с использованием тока силой 1 миллиампер по полчаса в день два дня подряд.

Другая группа ученых обнаружила, что микростимуляция позволяет сократить время сна, причем качество сна не снижается: усталости и сонливости после пробуждения нет. Соотношение фаз сна тоже не меняется.

Почему и как работает электростимуляция?

То, что она действительно оказывает эффект на нервную ткань, сомнений не вызывает. Ученые провели несколько исследований на эту тему. Вывод — микростимуляция вызывает так называемую долговременную потенциацию и долговременную депрессию синапсов. Все это — те процессы, которые лежат в основе формирования памяти и обучения. Что касается первого термина, он описывает процесс перестройки связей между отдельными нейронами, что усиливает «связность» отдельных областей мозга. Второй термин описывает процесс снижения «связности».

Главным образом, электростимуляция изменяет мембранный потенциал нейронов. То есть идет изменение физиологического состояния клеток нервной ткани, что делает их либо более активными, склонными к возбуждению, либо менее.

А что еще?

Есть и другие эффекты. В этом году очередная группа исследователей обнаружила, что микростимуляция влияет на нейропластичность через активацию глиальных клеток, которые можно назвать вспомогательными клетками нервной ткани. Плюс ко всему, еще одно исследование показало возможность изменения эпигенетической регуляции гена BDNF в результате воздействия микротоков на нервную ткань. Этот ген отвечает за формирование долговременной памяти. BDNF относится к нейротрофинам, веществам, стимулирующим и поддерживающим развитие нейронов.

Американские военные используют характерную конфигурацию электродов для стимуляции областей головного мозга, отвечающих за повышение концентрации внимания и устойчивость к «нервной усталости» от выполнения монотонных действий.

Иная конфигурация электродов может привести к другим эффектам, например, к улучшению «моторного обучения». В этом случае анод необходимо помещать над первичной моторной корой. Микростимуляцию используют и для лечения депрессии, включая тяжелые ее формы. По словам специалистов, эффект действия микротоков, вероятно, схож с действием антидепрессантво, в результате чего мозг начинает активно вырабатывать эндорфин и серотонин, так называемые «гормоны счастья». Причем побочных эффектов, присущим медикаментозному лечению депрессии, здесь практически нет.

В целом, по теме микростимуляции мозга опубликовано уже более 12 тысяч статей, причем в большинстве из них авторы приходят к выводу, что серьезных побочных эффектов здесь нет. В некоторых случаях отмечаются зуд в месте прикрепления электродов или головная боль, но это случается редко.

Сейчас многие специалисты уверены в том, что электростимуляция — это благо. В США, Европе и России стали появляться стартапы, предлагающие собственные наборы для электростимуляции в условиях дома или офиса. Причем есть системы как для спортсменов, так и для людей, которые ведут сидячий образ жизни и для которых важна ясность мыслей и концентрация.

Как уже говорилось, пока что нет информации о негативных последствиях использования электростимуляции. Возможно, их действительно нет, а может быть, просто не проводились исследования, ставившие целью изучить долгосрочный эффект использования малых токов для активизации работы мозга.

Общество, в целом, воспринимает электростимуляцию положительно. Среди тех пользователей, кто работал с разными tDCS -системами, большинство (около 50%) оценивают эффект, как «сильный положительный». Еще около 40% говорят о «среднем положительном эффекте». Остальные пользователи утверждают, что опыт работы с tDCS был неудачным.

Что касается военных, то они намерены продолжать свои эксперименты.