Streda, 21. november, 2018

Mozog pod prúdom dokáže viac

Synchronizácia vĺn dvoch susediacich oblastí mozgovej kôry priniesla pozoruhodné výsledky

Ilustračné foto. (Zdroj: Fotolia)

Na Bostonskej univerzite skúmali dve susediace oblasti mozgu, ktoré zodpovedajú za pozornosť, plánovanie, prijímanie riešení a sebakontrolu.

Vedci dokázali, že vysokonapäťová stimulácia týchto oblastí s pomocou elektród môže zvýšiť výkon mozgu.

V budúcnosti by využitie nových poznatkov mohlo prispieť aj k novým cestám boja proti neurologickým a psychiatrickým chorobám.

Štúdiu publikovali v Proceedings of the National Academy of Sciences.

Strážny anjel

Autorom štúdie je neurovedec Robert Reinhart z Bostonskej univerzity. O jednej zo skúmaných oblastí - mediálnom frontálnom kortexe – hovorí ako o mozgovom alarme.

„Keď spravíte chybu, táto mozgová oblasť okamžite vstúpi do hry,“ hovorí. „Stačí, keď vám poviem, že robíte chybu, a tiež sa zaktivizuje. Rýchlo sa ozve aj v situácii, keď vás niečo prekvapí.“

Mediálny frontálny kortex môžeme pokojne vnímať aj ako vnútorného strážneho anjela. Keď trebárs zahráte falošnú notu na klavíri alebo zabočíte s autom do protismeru, dá vám okamžite vedieť, že niečo nie je v poriadku, a bude vás tlačiť, aby ste chybu opravili tak rýchlo, ako to len bude možné.

Táto malá, ale dôležitá oblasť spolupracuje so svojím susedom, laterálnym prefrontálnym kortexom. Ten má na starosti sebakontrolu, dodržiavanie pravidiel a strategických cieľov a hrá dôležitú úlohu pri zmene našich rozhodnutí.

Pri ich stimulácii sa uplatnila nová technika s využitím striedavého prúdu s vysokým napätím. Umožňuje rozlíšiť a synchronizovať mozgové vlny týchto dvoch oblastí, čím posilňuje ich vzájomnú komunikáciu.

Účastníci experimentu s pomocou elektród pripojených na hlave dosiahli lepšie výsledky v učení a sebakontrole. Naopak pri opačnom postupe – keď sa zosúladenie mozgových vĺn týchto dvoch oblastí umelo narušilo, narušila sa aj schopnosť ľudí učiť sa a kontrolovať vlastné správanie.

Turbo efekt

Neurovedci už dlho pátrajú po tom, ako vlastne funguje spojenie medzi aktivitou mozgu a správaním. Nezávisí to iba od jedného mechanizmu alebo jednej izolovanej mozgovej časti.

Mať v hlave zmätok, nie je nijaký problém, oveľa ťažšie je fungovanie mozgu zlepšiť

David Somers z Bostonskej univerzity, ktorý nebol do výskumu zapojený, hovorí: „Mať v hlave zmätok, nie je nijaký problém, oveľa ťažšie je fungovanie mozgu zlepšiť.“ Preto sú výsledky výskumu podľa Somersa vzrušujúce. Takúto presne zacielenú stimuláciu mozgu možno prirovnať k turbo efektu, ktorý podstatne zvyšuje jeho výkon.

Neurovedci už dlhšie študujú spôsob, akým sú tieto dve oblasti prepojené. Predpokladajú, že populácie miliónov neurónov v uvedených častiach kôry spolu komunikujú vďaka presnému vzájomnému načasovaniu oscilácií (kmitania).

Tieto rytmy majú relatívne nízke frekvencie - od štyroch do ôsmich cyklov za sekundu.

Reinhart ako prvý použil novú metódu, aby ukázal, ako sa tieto neurónové populácie odlišujú, ako spolupracujú a ako sa ich spolupráca dá využiť na zlepšenie učenia a rozhodovania.

Jeho prácu podporila významná americká inštitúcia lekárskeho výskumu, Národný inštitút zdravia.

Kedy uplynie 1,7 sekundy?

V prvom kole experimentov Reinhart testoval 30 zdravých dobrovoľníkov. Každý z nich dostal na hlavu priliehavú čiapku s elektródami, ktoré stimulovali aktivitu mozgu, zatiaľ čo iné elektródy mozog monitorovali. Táto procedúra je neinvazívna, bezpečná a bezbolestná; iba počas prvých 30 sekúnd človek cíti slabé mravčenie, no potom si zvykne.

Následne počas 40 minút dobrovoľníci odhadovali tok času, keď mali každých 1,7 sekundy stlačiť klávesu. Vždy, keď to urobili, dostali od počítača spätnú väzbu: bolo to príliš rýchlo, príliš pomaly, presne.

Každého z účastníkov prvého kola štúdie testovali trikrát. Prvý raz vtedy, keď jeho neuróny po zásahu elektród spolupracovali lepšie, druhý raz mu elektrina neurónové rytmy naopak narušila, a tretí raz bol v normálnom stave.

V testoch so synchronizáciou oboch oblastí sa ľudia učili lepšie a robili menej chýb, a keď chybu urobili, napravili ju presnejšie. Keď Reinhart namiesto toho spoluprácu vĺn narušil – obrazne povedané prepol ovládač z polohy „chytrý“ do polohy „hlúpy“ – ľudia robili viac chýb a opravovali ich pomalšie.

Tento efekt bol štatisticky významný, no natoľko „jemný“, že nik z dobrovoľníkov si nevšimol nijaké zlepšenie alebo zhoršenie svojho výkonu.

Experiment opakovali s 30 novými účastníkmi a pridali ďalší parameter, v ktorom sa rozlišovala ľavá a pravá hemisféra. Ukázalo sa, že viac sa na zmenách podieľa tá pravá.

Najzaujímavejšie bolo tretie kolo s novou tridsiatkou. Najskôr im vedci dočasne narušili mozgovú aktivitu a overili si, že v tejto situácii výkonnosť mozgu poklesla.

No zrazu, v polovici pokusu, Reinhart prepol gombík z „hlúpy“ na „chytrý“. Stačilo pár minút a účastníci si počínali oveľa lepšie.

„Šokovali nás nielen výsledky, ale aj to, ako rýchlo možno efekt stimulácie odbúrať,“ povedal bostonský neurovedec.

Káva bez vedľajších účinkov

Reinhart považuje výsledky štúdie za predbežné. Napriek tomu predpokladá ich možné využitie pri mnohých psychiatrických a neurologických poruchách vrátane úzkosti, Parkinsonovej a Alzheimerovej choroby, autizmu, schizofrénie alebo ADHD (porucha pozornosti s hyperaktivitou). Tam všade je narušená synchronizácia mozgových vĺn.

Dnes sa lekári snažia väčšinu týchto porúch napraviť s pomocou liekov, ktoré pôsobia na mozgové receptory. Lieky však často zasiahnu väčšiu časť mozgu ako treba.

V budúcnosti by si preto Reinhart predstavoval skôr presné zacielenie stimulácie iba na kritické oblasti, niečo v štýle jemného skalpela. Jeho ďalším výskumným cieľom je preto otestovať novú techniku na ľuďoch s úzkostnou poruchou.

Americký vedec varuje pred skúšaním najrôznejších neoverených postupov mozgovej stimulácie, ktoré sa dajú nájsť na internete. Môžete si tým aj poškodiť, pričom bolesti hlavy alebo dlhotrvajúce zvonenie v ušiach nemusia byť jediným nechceným následkom. Aj za Reinhartom po skončení pokusov prišli niektorí účastníci a pýtali sa, kde by mohli takéto zariadenie zohnať, aby sa lepšie pripravili napríklad na skúšky. Lenže to nebude také jednoduché.

Od relatívne jednoduchého laboratórneho testu k oveľa zložitejším aplikáciám, ktoré by naozaj pomáhali, je ešte dlhá cesta. Možno by to však mohlo raz fungovať aspoň tak, ako keď si pred náročnou skúškou dáte tri kávy, ale nepocítite potom nijaké vedľajšie účinky.

Hlavný zdroj: Futurity , PNAS