Gehirn-Biohacking: Wo sollen Elektroden platziert werden, um intelligenter zu werden?

Jetzt werden immer mehr Studien zu tDCS - der transkraniellen Gleichstromstimulation - in der Öffentlichkeit bekannt. Eine relativ große Anzahl wissenschaftlicher Arbeiten in den letzten Jahren zeigt, dass tDCS die kognitiven Fähigkeiten nicht nur bei der Behandlung von Krankheiten, sondern auch bei vollständig gesunden Menschen verbessern kann. Dazu gehören Reaktion, Aufmerksamkeit, Gedächtnis und das Erlernen von Fremdsprachen. Die Erfolge der wissenschaftlichen Forschung haben die Aufmerksamkeit der DIY-Community auf sich gezogen, die die Technologie in Betrieb nahm und begann, tDCS aktiv auf sich selbst anzuwenden .

Der entscheidende Punkt für die Durchführung der elektrischen Stimulation ist jedoch die richtige Auswahl der Stellen für die Befestigung der Elektroden am Kopf. In der Tat führt die Stimulation verschiedener Bereiche des Gehirns zu grundlegend unterschiedlichen kognitiven Effekten - abhängig von den Funktionen dieser Bereiche. Aus diesem Grund habe ich mich entschlossen, in wissenschaftlichen Artikeln nachzuschlagen, welche Zonenstimulation wirklich zu spürbaren kognitiven Verbesserungen führt und welche Fallstricke hier auftreten können.



TDCS - transkranielle Stimulation durch Gleichstrom - funktioniert wie folgt. An bestimmten Bereichen des Kopfes sind zwei Elektroden angebracht - eine positiv geladene Anode und eine negativ geladene Kathode. Die Anode wirkt aufregend auf die kortikalen Neuronen und reduziert die Potentialdifferenz auf ihren Membranen. Auf der Skala des Gehirns führt ein solcher Effekt zu einer lokalen Zunahme der Aktivität der Zone, über der es sich befindet. Derzeit tauchen jedoch Studien auf, die zeigen, dass tDCS weiter verbreitet ist und einige andere Bereiche des Gehirns betrifft, die funktionell mit der stimulierten Region zusammenhängen. Im Fall der Kathode nimmt dagegen die Erregbarkeit von Neuronen ab.

Bisher wurden bereits mehrere tausend wissenschaftliche Studien zu tDCS durchgeführt, darunter etwa 500-600 an gesunden Freiwilligen. Die Stimulationsparameter in ihnen sind sehr ähnlich, ein konstanter Strom von 1-2 Milliampere wird für 20-30 Minuten pro Tag angelegt, von 1 bis 10 Tagen hintereinander. In Bezug auf die betroffenen Bereiche des Gehirns gibt es jedoch eine Vielzahl von Optionen, bei denen Sie sich zunächst nur verlaufen. Daher bestand die Aufgabe darin, Bereiche des Gehirns zu finden, deren elektrische Stimulation zu zuverlässigen kognitiven Verbesserungen führen würde, die in mehreren wissenschaftlichen Studien wiederholt wurden.

Für den Anfang habe ich beschlossen, einige Bereiche der Elektrode zu kommentieren, das beliebteste unter DIY-Community-Vertretern. Als Grundlage habe ich die vom russischen Startup Brainstorm vorbereiteten Zonen genommen .

Nummer 1. Position der DARPA-Elektroden - zur Verbesserung der Reaktion und Konzentration.



Beim Platzieren von DARPA-Elektroden wird eine Anode (Anregungselektrode) an der rechten Schläfe und eine Kathode (Hemmelektrode) an der linken Schulter angebracht. Die elektrische Stimulation dieses Gebiets wurde zuerst von der US-Verteidigungsbehörde DARPA durchgeführt, um die militärische Ausbildung zu beschleunigen, bevor sie an Krisenherde geschickt wurde. Die Wissenschaftler sprachen erstmals 2008 auf der Konferenz des Community-Forums Operational Neuroscience - Intelligence über ihre Ergebnisse , wo sie für Furore sorgten und zeigten, dass tDCS die Ausbildung von Freiwilligen um das 2,1-fache beschleunigte! Und nach 4 Jahren kam herauswissenschaftlicher Artikel mit einer detaillierten Beschreibung der Ergebnisse ihrer Forschung.



Das Experiment wurde an 96 gesunden Freiwilligen durchgeführt, die auf dem Videosimulator "DARWARS Ambush!" Dies ist ein Spiel, das speziell für das Training amerikanischer Fußsoldaten entwickelt wurde und eine hohe Konzentration an Aufmerksamkeit und Reaktion erfordert. Die Teilnehmer gehen durch virtuelle Landschaften und entdecken die Gefahr zwischen heruntergekommenen Häusern und verlassenen Autos. Außerdem suchen sie nach Sprengkörpern und feindlichen Kämpfern. Während des Trainings wurden einige Personen mit einem geringen Strom stimuliert, und bei Personen mit Placebo wurden die tDCS-Gruppen nachgeahmt, so dass sie keinen Zweifel daran hatten, dass sie auch stimuliert wurden.

Die Ergebnisse des Experiments waren beeindruckend: tDCS reduzierte die Trainingszeit, die ein Anfänger benötigt, um Profi zu werden, um das 2,1-fache (dies ist nur ein enormer Effekt im Vergleich zu herkömmlichen biologischen Effekten). Und vor allem verloren Menschen, die tDCS abgeschlossen haben, ihre Fähigkeiten viel langsamer als die Kontrollgruppe.

Interessanterweise untersuchten Wissenschaftler zur Auswahl einer Zone für die Stimulation Gehirnaktivierungsmuster bei Anfängern und Profis mithilfe der funktionellen MRT. Es stellte sich heraus, dass Anfänger während des Einsatzes von verschiedenen Teilen des Gehirns begeistert sind, während Profis einen genau definierten Bereich im Bereich des rechten Tempels aktivieren. In diesem Bereich beschlossen die Wissenschaftler, eine „stimulierende“ Anode zu platzieren.



Dann begann US-Militärpersonal, tDCS zu verwenden, um die Pilotenausbildung für Videosimulationen zu verbessern. Auf der Jahrestagung der Society for Neuroscience im Jahr 2011 sagten sie , dass es ihnen gelungen sei, die Geschwindigkeit des Erwerbs neuer Fähigkeiten um das Zweifache zu steigern. Und vor allem blieb die Wirkung von tDCS nach Beendigung des Verfahrens noch lange bestehen.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Empfindungen von tDCS ziemlich neutral sind und nicht von einem Gefühl der Beschleunigung oder Euphorie begleitet werden. Einer der Freiwilligen sagte, dass er "ein Kitzeln und ein leichtes Brennen an der Stelle der Befestigung der Elektroden verspürte". Und nach den ersten tDCS-Sitzungen tritt manchmal sogar ein leichter Schwindel oder ein Gefühl der Müdigkeit auf.



Anschließend wurden mehrere weitere Studien zur elektrischen Stimulation des rechten Schläfenbereichs durchgeführt, um die Wirkung von tDCS auf das Lernen zu bestätigen. Zum Beispiel wurden die Ergebnisse in einer doppelblinden, placebokontrollierten Studie wiederholt (zuvor waren die Studien einfach blind). Darüber hinaus wurde unabhängig gezeigt, dass die Wirkung einer einzelnen tDCS-Sitzung noch mindestens einen Tag anhält .

Eine ganze Reihe von wissenschaftlicher Forschungzeigt, dass tDCS auch eine andere kognitive Funktion beeinflusst - die inhibitorische Kontrolle. Verhaltenshemmung ist entscheidend für die effektive Implementierung von Aufgaben, da Sie damit Dränge kontrollieren und unterdrücken können, die die aktuelle Aufgabe stören. Wenn Sie beispielsweise an einer Dinnerparty teilnehmen, können Sie auch dann, wenn Sie sehr hungrig sind, langsam essen und sogar aufhören, wenn sich jemand an Sie wendet (oder der Geschmack des Essens Ihnen seltsam erscheint).

In all diesen Studien hat die elektrische Stimulation die kognitive Kontrolle verbessert, was sich anscheinend positiv auf das Lernen auswirken kann, sodass Sie nicht durch fremde Reize von der Hauptaufgabe abgelenkt werden.

Somit ist die Position der DARPA-Elektroden wissenschaftlich bestätigt, um das Lernen, die Reaktion und die inhibitorische Kontrolle zu beschleunigen. Ich habe jedoch einen Punkt bezüglich der Position der Kathode. Es wird vorgeschlagen, es auf die linke Schulter aufzutragen, damit es keine inaktivierende Wirkung auf das Nervengewebe hat. Unter Forschern gibt es jedoch die Meinung, dass es für diese Zwecke effizienter ist, die Kathode auf der Krone des Kopfes, der Wange oder der Region über dem Auge zu platzieren, die auch als "inaktive" Zonen gelten.

Nummer 2. Die Position der Elektroden zur Verbesserung des motorischen Lernens Die

Position der Elektroden zur Verbesserung des motorischen Lernens ist bei aktiven rechten und linken Händen unterschiedlich.



Bei Rechtshändern befindet sich die Anode über dem linken Motorkortex und die Kathode im rechten Superciliary-Bereich.



Für Linkshänder ist die Position der Elektroden spiegel gegenüberliegend: Die Anode befindet sich über dem rechten Motorkortex und die Kathode befindet sich im linken Superciliary-Bereich.

Die Verbesserung des motorischen Lernens ist wohl führend bei der Anzahl der tDCS-Studien. Dies liegt daran, dass dieser Effekt in der Medizin aktiv genutzt wird, beispielsweise wenn man sich von einem Schlaganfall erholt und die motorische Aktivität im Alter verbessert. Aber auch gesunde Menschen wurden für mindestens 7 doppelblinden, Placebo-kontrollierten gehalten Studie , in denen tDCS verbessert motorische Lernen erwachsenen Freiwilligen . In allen Artikeln war die Wirkung auf den motorischen Kortex.

In den meisten Studien wurde die elektrische Stimulation verwendet, um die Feinmotorik zu verbessern. Im Alltag ist dies die Fähigkeit, Text schnell und genau auf der Tastatur einzugeben, die Maus zu steuern, Klavier zu spielen und im Prinzip „Fingerfertigkeit“ zu haben. Und in der wissenschaftlichen Forschung werden Tests verwendet, bei denen Sie schnell und präzise auf das reagieren müssen, was auf dem Bildschirm geschieht. Wenn beispielsweise ein Signal an einer bestimmten Stelle auf dem Monitor angezeigt wird, müssen Sie die entsprechende Taste auf der Tastatur drücken. Wenn Sie die Druckkraft des Sensors ändern, müssen Sie den Cursor auf dem Bildschirm bewegen und in das "Tor" fallen (Aufgabe "SVIPT").



Wenn während solcher Aufgaben tDCS ausgeführt wird , erhöht sich die Ausführungsgeschwindigkeit erheblich und die Anzahl der Fehler wird im Vergleich zur Placebogruppe verringert.

Die elektrische Stimulation kann andere motorische Fähigkeiten verbessern, beispielsweise die sensorisch-motorische Anpassung. Dies ist die Fähigkeit, Bewegungen in Übereinstimmung mit eingehenden visuellen oder taktilen Signalen zu korrigieren, beispielsweise während des Autofahrens oder bei der Ausführung von Feinheiten in Fußball und Basketball. Das Kriterium der sensorisch-motorischen Anpassung in der Neurobiologie ist die Wirkung der „kaputten Rolltreppe“. Zuerst steigt eine Person auf eine Rolltreppe und dann - auf eine Haltestelle. Und wenn er gleichzeitig stolpert, ist seine sensorisch-motorische Anpassung auf einem normalen Niveau. Interessanterweise führte die Verwendung von tDCS dazu , dass der "Stolper" -Effekt stärker wurde, was auf eine erhöhte Anpassung hinweist.

Somit kann die elektrische Stimulation gleichzeitig mehrere verschiedene Motorfunktionen verbessern; Das einzige, was ich erwähnen möchte, ist, dass der Effekt einer tDCS-Sitzung statistisch signifikant, aber gleichzeitig schwach sein kann. Wenn Sie jedoch mindestens 3-5 Tage hintereinander eine elektrische Stimulation verwenden, wird das Ergebnis viel deutlicher. Das folgende Diagramm zeigt die Dynamik des Trainings in der Feinmotorik und zeigt, dass der Unterschied zwischen Stimulation und Placebo-Kontrolle mit der Zeit zunimmt und am 5. Trainingstag am deutlichsten wird. Übrigens war in dieser Studie auch die Wirkung der elektrischen Stimulation 3 Monate lang von Dauer.



Nummer 3. Position der Elektroden zur Verbesserung des Lernens von Fremdsprachen

Um die Fähigkeit zu verbessern, Fremdsprachen zu sprechen, wird empfohlen, die Anregungselektrode (Anode) über dem linken präfrontalen Kortex und die Hemmelektrode (Kathode) im rechten supraorbitalen Bereich zu platzieren. Diese Anordnung der Elektroden wurde in mindestens 4 Studien an gesunden Freiwilligen verwendet . In all diesen Artikeln haben sie sich zwar nur mit einer begrenzten Anzahl sprachlicher Parameter befasst: fließende Sprache und assoziatives sprachliches Denken.



Um die Sprachgewandtheit zu beurteilen, haben wir Aufgaben verwendet, bei denen wir so viele Wörter wie möglich abrufen müssen, beginnend mit einem Buchstaben oder der Zugehörigkeit zu einer bestimmten Kategorie (z. B. „Früchte“). Um das kreative Sprachdenken zu bewerten, haben wir einen Test verwendet, bei dem 3 Wörter angegeben werden (z. B. „kindisch“ - „scannen“ - „spülen“) und Sie so schnell wie möglich ein anderes Wort finden müssen, das sie kombiniert (z. B. „Gehirn“). . Die elektrische Stimulation verbesserte alle diese Indikatoren, aber der Effekt war ziemlich moderat. Die folgende Grafik (aus einer Studie von 2012) zeigt beispielsweise, dass tDCS die Sprachfluenz im Vergleich zur simulierten Stimulation (roter Balken) um 6,6% erhöhte.



Außerdem habe ich festgestellt, dass zur Verbesserung der sprachlichen Fähigkeiten neben dem präfrontalen Kortex auch die Wernicke-Zone betroffen ist - der Bereich, der für die Verarbeitung von Sprachinformationen verantwortlich ist. Dies ist meiner Meinung nach noch vielversprechender, da die elektrische Stimulation dieser Zone die für das Sprachtraining kritischen Parameter beeinflusst: die Fähigkeit, sich neue Fremdwörter zu merken und sie in ihre Muttersprache zu übersetzen.

Zum Beispiel führten deutsche Wissenschaftler 2008 eine doppelblinde, placebokontrollierte Studie durch, in der sie den Unterricht einer fiktiven Fremdsprache mit tDCS beschleunigten. Die Freiwilligen wurden einer von drei Arten der Stimulation unterzogen: Exposition gegenüber der Wernicke-Region durch Anode oder Kathode oder Placebo-Stimulation.

Während des tDCS lernten die Probanden neue Wörter einer nicht existierenden Sprache auswendig und führten dann Tests durch, bei denen sie feststellen mussten, ob das Bild korrekt signiert war, und die neu erlernten Wörter auch in ihre deutsche Muttersprache übersetzen mussten. Es stellte sich heraus, dass die Menschen nach der elektrischen Stimulation viel weniger Fehler bei Aufgaben machten und Wörter schneller übersetzten und Wörter von einer Sprache in eine andere übersetzten (im Vergleich zu beiden Kontrollgruppen). Unten ist die Position der Elektroden zur Stimulation der Wernicke-Zone angegeben:



Nummer 4. Position der Elektroden zur Verbesserung des Gedächtnisses und der Aufmerksamkeit.

Um das Gedächtnis und die Aufmerksamkeit zu verbessern, wird vorgeschlagen, die Anode auf der linken dorsolateralen präfrontalen Kortikalis und die Kathode auf der rechten Schulter zu platzieren. Ich stelle jedoch sofort fest, dass lautFür einige Forscher ist die Position der Kathode auf der Schulter weniger effektiv als auf der Krone des Kopfes oder der Stirn. Ich habe oben darüber geschrieben.



Mindestens 8 wissenschaftliche Artikel haben sich der Verbesserung des Gedächtnisses mithilfe elektrischer Stimulation gewidmet . Etwa die Hälfte der Studien waren placebokontrollierte Doppeljalousien und die zweite Studie waren „Single-Double“ -Jalousien. Es stellt sich heraus, dass dies der Name von Experimenten ist, bei denen "Verblindung" sowohl bei Probanden als auch bei Personen durchgeführt wird, die Daten auswerten. jedoch nicht für diejenigen, die Elektroden anwenden. Meiner Meinung nach spielt dies in diesem Fall keine große Rolle, da die Probanden während der Studie nicht mit den Experimentatoren interagieren, sondern Aufgaben vor dem Computermonitor ausführen.

Studien zeigen, dass tDCS das Arbeitsgedächtnis beeinflusst - die Fähigkeit, kleine Informationen, die für momentane Aktivitäten benötigt werden, im Auge zu behalten. Das Arbeitsspeicher wird am häufigsten mit dem „n-back“ -Test bewertet - einer Aufgabe, bei der nacheinander verschiedene Bilder auf dem Bildschirm angezeigt werden und festgestellt werden muss, ob das Bild mit den „n“ -Positionen zurück übereinstimmt. Es gibt verschiedene Varianten dieses Tests, bei denen Sie sich an ein Bild erinnern müssen, das 1, 2, 3 oder 4 Positionen zurückliegt.

Die meisten Studien zur elektrischen Stimulation verwenden die 2-Back-Aufgabe. Eine Metaanalyse von 8 Studien zeigte, dass tDCS die Geschwindigkeit erhöht, mit der Freiwillige bei einer solchen Aufgabe eine Antwort geben, die Genauigkeit der Antworten jedoch nicht ändert. Wenn Sie jedoch komplexere Tests verwenden, z. B. „ 3-Back-Aufgabe"Oder" 4-Back-Task ", tDCS erhöht nicht nur die Geschwindigkeit der Task, sondern reduziert auch die Anzahl der Fehler.

Es gibt Hinweise darauf, dass die Exposition gegenüber dem linken präfrontalen Kortex auch die Konzentration verbessern kann . Und US-Militärstudien haben gezeigt, dass tDCS in dieser Zone dazu beiträgt, die Leistung bei chronischem Schlafmangel aufrechtzuerhalten . Die Angestellten der Militärbasis, die 30 Stunden hintereinander nicht schliefen, wurden in drei Gruppen eingeteilt. Bei den Menschen der ersten Gruppe wurde eine elektrische Stimulation durchgeführt, bei der zweiten - sie wurden nachgeahmt und bei der dritten - wurden sie nachgeahmt und durften Kaffee trinken.

Es stellte sich heraus, dass eine halbstündige Stimulation dazu beitrug, die Produktivität zweimal besser zu steigern als Koffein, und die Wirkung dreimal länger anhielt. Nach 4 Stunden erledigten diejenigen, die eine elektrische Stimulation erhielten, 60% der Aufgaben korrekt, während diejenigen, die Kaffee tranken - nur 30%. Subjektiv fühlten sich Menschen mit tDCS weniger müde und schläfrig und waren energischer.

Trotz der ermutigenden Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschung sind die Wissenschaftler besorgtbeziehen sich auf die unabhängige Verwendung von tDCS. Erstens besteht die Gefahr, dass eine Person die Elektroden nicht richtig positioniert, was mit einer Verschlechterung der kognitiven Funktion behaftet ist, anstatt sie zu verbessern. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass er tDCS länger als die vorgeschriebenen 20 Minuten durchführt, was ebenfalls unerwünscht ist. Nun, in keiner wissenschaftlichen Studie verbringt tDCS mehr als 2 Wochen hintereinander. Daher haben Experten keine Ahnung, was passieren wird, wenn jemand mehrere Jahre lang jeden Tag anfängt, das Gehirn mit Elektrizität zu beeinflussen.

Kommerzielle Hersteller stellen jedoch seit etwa 5 Jahren tragbare Geräte für den persönlichen Gebrauch her. Es ist interessant, dass viele nur eine Zone wählen und ein Gerät mit einer festen Anordnung von Elektroden herstellen. Dies war beispielsweise die erste Version von foc.usFür Gamer - die Elektroden wurden an der Stirn befestigt und der Thync- Start - wählte die Position an der rechten Schläfe. Geräte, mit denen Elektroden an nahezu jedem Bereich des Kopfes angebracht und mit einem Verband befestigt werden können, bieten ein viel breiteres Spektrum an Möglichkeiten. Zum Beispiel " Thebrainstimulator ", " PriorMind ", " Brainstorm Neurostimulator ".

Solche Geräte ermöglichen es, verschiedene Elektrodenanordnungen auf verschiedene kognitive Effekte zu testen, obwohl das Risiko weiterhin besteht, dass in diesem Fall eine Person einen Fehler macht und die Elektroden falsch platziert.

Source: https://habr.com/ru/post/de396507/