Електрична стимуляція прискорила робочу пам'ять

Вчені з Великобританії показали, що стимуляція мозку в унісон з його власним тета-ритмом підвищує ефективність виконання когнітивних завдань, що завантажують робочу пам'ять. Це, в свою чергу, вказує на те, що в організації роботи далеких відділів мозку визначальну роль відіграє саме синхронізація. З повною версією дослідження можна ознайомитися на сайті журналу.

Як відомо, невід'ємною властивістю нервової клітини є її збудливість - здатність генерувати потенціал дії у відповідь на роздратування. Розрізнені клітини можуть об'єднуватися і активуватися одночасно - синхронізуватися, і коли вони роблять це з регулярною частотою, то виникають ритми головного мозку. Передбачається, що обмін інформацією всередині і між нейронними мережами відбувається за безпосередньої участі цих ритмів, що відображають об'єднання окремих нейронів в ансамблі, задіяні у вирішеннях різних завдань. Таким чином, від злагодженої роботи цього апарату залежать всі когнітивні процеси.

Записати електричну активність мозку і побачити, наприклад, ті ж рітми дозволяє електроенцефалографія (ЕЕГ) - детальніше про цей метод можна прочитати тут. Але крім прийому сигналів з мозку можна спробувати здійснити зворотний процес з метою вплинути на те, що відбувається в мозку. В останні роки було виявлено, що на ритми мозку можна впливати, стимулюючи його слабким електричним струмом через накладені на голову електроди. Наприклад, за допомогою транскраніальної стимуляції постійним струмом (- tDCS) вченим вдалося поліпшити короткочасну пам'ять хворих на шизофренію. Використання стимуляції постійним струмом вказує на принципову можливість використовувати для стимуляції і змінний струм. Цей метод - tACS () - дозволяє подавати струм на мозок в унісон або дисонанс з його власними ритмами і таким чином досліджувати їх вплив на вирішення різних завдань.

Автори нової роботи застосували метод tACS, щоб вивчити його вплив на мозок під час вирішення завдань, що навантажують робочу пам'ять.

Для створення когнітивного навантаження вчені використовували дві методики: «завдання вибір-реакція» () і «n-назад завдання» (). Відповідно до першої - «вибір-реакція» - випробуваному пред'являли вказуючі вліво або вправо стрілки, з тим щоб він з максимальною швидкістю натискав на кнопки, що відповідають правильному напрямку. У випадку з другою - «n-назад» - добровольцю, який бере участь в експерименті, пред'являли послідовність стимулів, і він повинен був подати сигнал, коли поточний стимул збігається з продемонстрованим n кроків назад. В описуваній роботі вчені використовували «1-тому» і «2-тому» методики.

Оскільки робочу пам'ять пов'язують з лобною і теменною областями мозку, стимулюючі електроди для tACS розташували на правій півкулі над цими зонами - середньою лобною звивиною і нижньою темною долькою - і приступили до електричної стимуляції схожими з тета-ритмом параметрами, оскільки зв'язок між тета-ритмом і організацією нейронних ансамблів під час процесів, що використовують робочу пам'ять, вченим давно відома.

В результаті виявилося, що стимуляція в унісон тета-ритму значно прискорює виконання завдання «2-назад», аж до того, що відмінності в ефективності вирішення між елементарною «1-назад» і більш складною «2-назад» завданнями практично стираються.

Вчені також досліджували нейробіологічний субстрат спостережуваних явищ. Для цього була проведена функціональна магнітно-резонансна томографія (фМРТ), під час якої випробовувані виконували завдання на «вибір-реакцію» і завдання «2-тому», а вчені в унісон або дисонанс з тета-ритмом стимулювали задіяні в робочій пам'яті ділянки їх мозку.

Виявилося, що синхронізація tACS під час виконання завдання «2-тому» підвищує функціональний зв'язок між середньою лобною звивиною і нижньою теменною долькою, чим, ймовірно, і пояснюється підвищення продуктивності. Загалом, отримані дані вказують на зв'язок між виконанням навантажуючих робочу пам'ять завдань та мозковими ритмами, які об'єднують далеко розташовані одна від одної ділянки мозку для виконання спільного завдання. Це підтверджує гіпотезу про роль осциляцій у координації роботи мозку.

В цілому, наукові дослідження, що дозволяють розібратися в тонкощах роботи мозку і допомогти йому працювати ефективніше, вже дають свої плоди. Наприклад, згаданий вище метод tDCS дозволив прискорити навчання пілотів.