Ася Казанцева - Мозг материален

По сравнению с ТМС, она простая, как апельсин. У вас есть два электрода – чаще всего это широкие металлические пластинки, обмотанные губкой, пропитанной физраствором [136] DaSilva, A. F. et al. (2011). Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of visualized experiments , 51, 2744. . Вы приматываете их к голове испытуемого и пропускаете через них слабый-слабый ток, обычно около 1 миллиампера (в сто раз меньше, чем в лампочке карманного фонарика). Этого абсолютно недостаточно, чтобы заставить нейроны отправлять импульсы. Но дело в том, что нейроны и так постоянно отправляют друг другу импульсы совершенно самостоятельно – а с помощью транскраниальной электрической стимуляции вы облегчаете или затрудняете им эту задачу, потому что слабый наведенный ток влияет на потенциал покоя, то есть на разницу зарядов между внутренней и наружной сторонами мембраны нейрона.

Существуют две ключевые разновидности транскраниальной электрической стимуляции [137] Paulus, W. (2011) Transcranial electrical stimulation (tES – tDCS; tRNS, tACS) methods. Neuropsychological Rehabilitation , 21 (5), 602–617. : с применением постоянного или переменного тока [138] На английском они называются tDCS и tACS ( transcranial Direct / Alternating Current Stimulation ), и даже в русскоязычных научно-популярных текстах широко применяются эти аббревиатуры. . Если вы используете постоянный ток, то зоны мозга, расположенные под катодом, становятся менее возбудимыми и, наоборот, под анодом – более возбудимыми. В случае переменного тока вы влияете на собственные ритмы мозга (те самые, которые регистрирует электроэнцефалограмма), навязывая ему какую‐то частоту импульсов и, соответственно, усиливая те процессы, которые происходят именно на этой частоте.

Магнитная стимуляция более или менее сфокусирована: с помощью хорошей современной катушки вы можете воздействовать на участок коры площадью около одного квадратного сантиметра. Электрическая же стимуляция в стандартном случае не сфокусирована совсем: сам электрод может быть, например, 5 на 5 сантиметров (или даже больше), и вот на все, что под ним находится, вы и воздействуете.

Неудивительно поэтому, что с помощью транскраниальной электрической стимуляции удобнее всего изучать процессы, которые затрагивают более или менее весь мозг целиком. Например, сон. Про него я еще буду рассказывать подробнее, но вот вам спойлер: по современным представлениям, сон нужен мозгу в первую очередь для того, чтобы рассортировать накопленную за день информацию и разобраться, что из этого имеет смысл перевести в долговременную память, а что стоит забыть навсегда. С одной стороны, поведенческие тесты демонстрируют, что люди, которые что-нибудь выучили, а потом вздремнули, воспроизводят эту информацию лучше, чем те, кто не спал. С другой стороны, электроэнцефалограмма демонстрирует, что во время стадии медленноволнового сна мозг генерирует – нетрудно догадаться по названию! – медленные волны. Связаны ли эти события друг с другом? Это можно проверить, если попросить испытуемых зазубрить длинные списки слов, сгруппированных попарно, а потом уложить их спать с электродами на голове. При этом половине спящих испытуемых вы усиливаете их собственные мозговые ритмы с помощью наведенной стимуляции на частоте 0,75 Гц, а контрольная группа тоже спит с электродами, но только выключенными. Наутро вы просите участников исследования воспроизвести слова, которые они запоминали вечером. Результат улучшается у обеих групп, потому что обе группы выспались, но все‐таки те, кто получал стимуляцию, вспоминают в среднем на три пары слов больше [139] Marshall, L. et al. (2006). Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory. Nature , 444 (7119), 610–613. . Лиза Маршалл, которая еще в 2006 году опубликовала эти данные, к сожалению, до сих пор не выпустила на рынок шлем для улучшения памяти во сне, который помог бы нам всем готовиться к экзаменам. Вместо этого она сосредоточилась на перспективах улучшения памяти у пожилых людей, потому что небезосновательно предполагает, что возрастные нарушения памяти и возрастное снижение доли медленных волн во время сна – взаимосвязанные процессы. И действительно, если люди проводят свой дневной сон в лаборатории доктора Маршалл с электродами на голове, это здорово помогает им лучше припоминать те факты, которые они изучали перед этим [140] Westerberg, C. E. et al. (2015). Memory improvement via slow oscillatory stimulation during sleep in older adults. Neurobiology of Aging , 36 (9), 2577–2586. .

Что еще интересного вы можете сделать со спящим человеком, если у вас есть прибор для транскраниальной электрической стимуляции? Например, научить его видеть осознанные сны [141] Voss, U. et al. (2014). Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity. Nature Neuroscience , 17 (6), 810–814. . Они существуют, они признаны наукой, их изучали с помощью ЭЭГ и фМРТ. Судя по активности мозга, это некое промежуточное состояние между быстроволновым сном и бодрствованием. Оно сопровождается увеличением доли гамма-волн на частоте около 40 Гц, которые вообще‐то характерны для людей бодрствующих, причем сосредоточенных на решении какой‐то задачи. Соответственно, сразу возникает вопрос: что, если взять спящего человека и искусственно подействовать на его мозг в таком ритме? Урсула Фосс и ее коллеги укладывали испытуемых спать у себя в лаборатории, а в три часа ночи тихонько подходили к спящему и начинали ставить над ним опыты. Дожидались, пока человек перейдет в стадию быстрого сна (это легко определить по энцефалограмме), а потом на 30 секунд запускали транскраниальную электрическую стимуляцию переменным током – на разных частотах в разные дни. Или не запускали, если человек попадал в контрольную группу. Еще через 10 секунд человека будили (добровольцы на многое соглашаются ради науки!) и давали ему специальный опросник, призванный оценить, насколько осознанным был сон. Опросник содержит три шкалы: “инсайт” (осознание себя спящим), “диссоциация” (способность посмотреть на себя со стороны), “контроль” (способность управлять событиями в своем сне). Выяснилось, что люди, получавшие стимуляцию на частоте 25 Гц и 40 Гц, набирали в этих опросниках гораздо больше баллов, чем те, кто получал стимуляцию на других частотах или не получал ее вообще. Существенно, что ученые специально привлекали испытуемых, у которых раньше не было опыта осознанных сновидений, так что люди вдобавок получили массу удовольствия, хотя и описывали его довольно сумбурно: “Я разговаривала с актером Маттиасом Швайгхёфером и двумя студентами по обмену… и удивлялась, откуда взялся актер. И студенты сказали: ты ведь с ним уже знакома. И тогда я поняла, что сплю! В смысле, прямо во сне поняла! Так странно!”