脑部生物骇客：何处放置电极以变得更聪明？

现在，越来越多的关于tDCS（经颅直流电刺激）的研究引起了公众的注意。近年来，大量的科学论文表明，tDCS不仅可以提高疾病治疗的认知能力，而且还可以改善完全健康的人们的认知能力。其中包括反应，注意力，记忆力和学习外语。科学研究的成功吸引了DIY社区的关注，DIY社区将这项技术投入了服务，并开始积极地将tDCS自身应用。

但是，进行电刺激的关键是正确选择将电极连接到头部的位置。实际上，对大脑各个区域的刺激会导致根本不同的认知效果-取决于这些区域的功能。因此，我决定研究科学文章，找出哪些刺激确实可以带来明显的认知改善，以及可能存在的陷阱。



TDCS（直流电经颅刺激）的工作原理如下。两个电极连接到头部的某些区域-带正电的阳极和带负电的阴极。阳极兴奋地作用于皮质神经元，从而减少了其膜上的电位差。在大脑的规模上，这种作用导致其所在区域活动的局部增加。但是，现在有研究表明tDCS更为广泛，并且会影响与刺激区域功能相关的其他大脑区域。相反，在阴极的情况下，神经元的兴奋性降低。

迄今为止，已经对tDCS进行了数千项科学研究，其中约500-600名健康志愿者。它们中的刺激参数非常相似，每天施加20至30分钟（连续1至10天）的1-2毫安恒定电流。但是，关于受影响的大脑区域，有多种选择，一开始您会迷路。因此，任务是寻找大脑的电刺激可导致可靠的认知改善的区域，这一点已在数项科学研究中重复进行。

首先，我决定评论电极的几个区域 ，在DIY社区代表中最受欢迎。作为基础，我选择了俄罗斯初创公司Brainstorm准备的区域。

编号1. DARPA电极的位置-提高响应度和集中度



放置DARPA电极时，在右太阳穴上使用阳极（激发电极），在左肩上使用阴极（抑制电极）。该区域的电刺激最初是由美国国防部DARPA进行的，目的是为了加快军事训练，然后再发送到热点地区。科学家于2008年在“操作神经科学-情报”社区论坛会议上首次谈到了他们的研究结果，并在会上引起了轰动，这表明tDCS将志愿者的培训速度提高了2.1倍！而四年后出来科学文章，详细介绍了他们的研究结果。



实验是对96名健康志愿者进行的，他们接受了视频模拟器“ DARWARS Ambush！”的培训。这是一款专门为训练美式步兵而设计的游戏，需要高度的关注和反应。参与者走过虚拟景观，在残旧的房屋和被遗弃的汽车中发现危险，并寻找爆炸装置和敌方战斗机。在训练过程中，有些人接受了低电流刺激，而安慰剂组的人则模仿了tDCS组，因此毫无疑问，他们也受到了刺激。

实验的结果令人印象深刻：tDCS将初学者成为专业人士所需的培训时间减少了2.1倍（与传统的生物学影响相比，这是巨大的影响）。而且，重要的是，与对照组相比，完成tDCS的人失去技能的速度要慢得多。

有趣的是，为了选择刺激区域，科学家使用功能性MRI研究了初学者和专业人员的大脑激活模式。事实证明，在作业过程中，初学者会受到大脑各个部位的刺激，而专业人士会在右侧寺庙区域激活严格定义的区域。正是在这一领域，科学家们决定放置一个“刺激性”阳极。



然后，美国军事人员开始使用tDCS改进视频模拟方面的飞行员培训。在2011年的神经科学学会年会上，他们表示，他们获得新技能的速度提高了2倍。而且，重要的是，tDCS的影响在程序终止后持续了很长时间。

重要的是要注意，tDCS的感觉是中性的，没有伴随着加速或欣快的感觉。一名志愿者说，他“在电极连接处感到发痒和轻微烧灼感”。在第一次tDCS会议之后，您有时甚至会感到轻微的头晕或疲劳感。



随后，对右颞区的电刺激进行了更多研究，证实了tDCS对学习的影响。例如，在双盲，安慰剂对照试验中重复了结果（在此之前，研究是单盲的）。此外，独立显示单个tDCS会话的影响至少持续一天。

一整个范围 的科学 的研究证明tDCS还影响另一种认知功能-抑制控制。行为抑制对于有效执行任务至关重要，因为行为抑制使您可以控制和抑制干扰当前任务的冲动。例如，如果您正在参加宴会，即使您非常饿，您仍然可以缓慢进食，甚至在有人转向您时停下来（或者食物的味道对您来说很奇怪）。

在所有这些研究中，电刺激增强了认知控制，这显然可以对学习产生积极影响，使您不会因外来刺激而分心。

因此，科学地确定了DARPA电极的位置可以加速学习，反应和抑制控制，但是，我对阴极的位置只有一点。建议将其应用于左肩，以使其对神经组织没有灭活作用。但是，在研究人员中，有一种观点认为，出于这些目的，将阴极放置在头部，脸颊或眼睛上方的区域（也被视为“非活动”区域）上更为有效。

第2条。改善运动学习

的电极位置在活跃的右手和左手的情况下，改善运动学习的电极位置不同。



对于惯用右手的人，阳极位于左运动皮层上方，阴极位于右上睫状区。



对于惯用左手的人，电极的位置与镜子相对：阳极位于右运动皮层上方，阴极位于左上睫状区。

可以说，改善运动学习是tDCS研究数量的领导者。这是由于这样的事实，例如当从中风中恢复并改善老年时的运动活动时，这种作用被积极地用于医学中。但即使是健康的人一直保持至少7双盲，安慰剂对照研究，其中 TDCS 提高 电机学习 成年 志愿者。在所有文章中，影响都在运动皮层上。

在大多数研究中，电刺激被用来提高精细运动技能。在日常生活中，原则上可以快速准确地在键盘上键入文本，控制鼠标，弹钢琴和“巧手”。在科研测试中，您需要使用精确的手指移动来快速响应屏幕上正在发生的事情。例如，当信号出现在显示器上的特定位置时，您需要按键盘上的相应键。或者，要改变按下传感器的力，您需要在屏幕上移动光标并进入“门”（任务“ SVIPT”）。



如果在执行此类任务期间执行tDCS，则与安慰剂组相比，执行速度显着提高，并且错误数量减少。

电刺激可以提高其他运动技能，例如感觉运动适应。这是根据传入的视觉或触觉信号校正运动的能力，例如，在驾驶汽车时或在足球和篮球比赛中进行假动作时。神经生物学中感觉运动适应的标准是“自动扶梯断裂”的作用。首先，一个人上移动的自动扶梯，然后-停下来。如果他同时跌跌撞撞，那么他的感觉运动适应就处于正常水平。有趣的是，tDCS的使用导致 “绊脚石”效应更加明显，这表明适应性增强。

因此，电刺激可以同时改善几种不同的运动功能。我唯一要注意的是，一个tDCS会话的影响在统计上可能是显着的，但同时却很弱。但是，当连续至少3-5天使用电刺激时，结果会更加明显。下图显示了精细运动任务中的训练动态，表明刺激和安慰剂控制之间的差异随时间增加，并在训练的第5天变得最明显。顺便说一下，在这项研究中，电刺激的作用也持续了3个月。



数字3。电极的位置，以改善外语学习

为了提高说外语的能力，建议将刺激电极（阳极）置于左前额叶皮层上方，将抑制电极（阴极）置于眶上右区。电极的这种布置使用，至少在4项研究 在 健康 志愿者。的确，在所有这些文章中，他们仅关注有限的语言参数：语言的流利性和联想语言思维。



为了评估语音的流畅程度，我们使用了一些任务，其中我们需要尽可能多地回忆单词，从字母开始或属于某个类别（例如，“水果”）。为了评估创造性的语言思维，我们使用了一个测试，该测试给出了3个单词（例如，“幼稚”-“扫描”-“冲洗”），您需要尽快提出另一个将它们组合在一起的单词（例如，“大脑”） 。电刺激改善了所有这些指标，但效果相当中等。例如，下图（摘自2012年的一项研究）显示，与模拟刺激（红色条形图）相比，tDCS使语音流利度提高了6.6％。



另外，我注意到，除了前额叶皮层外，为了提高语言能力，它们还影响Wernicke区-负责处理语音信息的区域。在我看来，这是更加有前途的，因为该区域的电刺激 会影响语言培训的关键参数：记忆新外语并将其翻译成母语的能力。 例如，2008年，德国科学家进行了一项双盲，安慰剂对照的研究，他们在研究中使用tDCS加快了虚构外语的教学。志愿者接受以下三种刺激之一：通过阳极或阴极暴露于Wernicke区域，或安慰剂刺激。



在tDCS期间，受试者记忆了一种不存在的语言的新单词，然后进行测试，他们必须确定图片是否正确签名，并将新学到的单词翻译成他们的母语德语。事实证明，在电刺激下，人们在任务中犯的错误更少，翻译的单词更快，将单词从一种语言翻译成另一种语言（与两个对照组相比）。以下是用于刺激Wernicke区



的电极的位置：数字4.电极的位置以改善记忆力和注意力

为了提高记忆力和注意力，建议将阳极放在左前外侧前额叶皮层上，将阴极放在右肩上。但是，我立即注意到，根据对于某些研究人员而言，阴极在肩膀上的定位效果不如在头或眉头的冠上有效。我在上面写了这个。



至少有8篇科学文章致力于通过电刺激改善记忆。大约一半的研究是安慰剂对照的双盲，第二项是“单双”盲。事实证明，这是在受试者以及评估数据的受试者中进行“致盲”实验的名称。但是，不适用于那些使用电极的人。我认为，在这种情况下，这并不重要，因为研究过程中的受试者不会与实验者互动，而是在计算机显示器前执行任务。

研究表明，tDCS影响工作记忆-“记住”瞬时活动所需的小信息的能力。工作记忆通常是使用“ n-back”测试来评估的-“ n-back”测试是连续在屏幕上出现不同图片的任务，并且有必要确定图像是否与“ n-back”位置相同。此测试有多种变体，您需要记住一张回到1、2、3或4位置的图片。

大多数电刺激研究都使用2后卫任务。对 8项研究的荟萃分析显示，tDCS可以提高志愿者在此类任务中给出答案的速度，但不会改变答案的准确性。但是，如果您使用更复杂的测试，例如“ 3-back task“或” 四后送任务 ”，tDCS不仅提高了任务的速度，而且减少了错误的数量。

有证据表明，暴露于左前额叶皮层也可以提高注意力。美国军事研究表明，该区域的tDCS有助于在长期缺乏睡眠的情况下保持机能。连续30个小时不睡觉的军事基地员工分为3组。在第一类人群中，进行了电刺激，在第二类人群中，进行了电刺激，在第三类人群中，进行了电刺激，并允许他们喝咖啡。

事实证明，半小时刺激比咖啡因提高的生产率提高了2倍，效果持续了3倍。 4小时后，接受电刺激的人正确完成了60％的任务，而喝咖啡的人仅完成了30％的任务。从主观上讲，患有tDCS的人会感到疲倦和困倦，精力充沛。

然而，尽管科学研究取得令人鼓舞的结果，但科学家仍担心与tDCS的独立使用有关。首先，存在人不能正确放置电极的危险，这使认知功能恶化而不是改善其功能。另外，存在危险，他将进行tDCS的时间超过规定的20分钟，这也是不希望的。嗯，在没有科学研究的情况下，tDCS连续花费的时间都不超过2周。因此，专家们不知道如果几年来每天有人开始用电影响大脑，将会发生什么。

但是，商业制造商已经生产出供个人使用的便携式设备大约5年了。有趣的是，许多人只选择一个区域并制造出具有固定电极排列的设备。例如，这是foc.us的第一个版本对于游戏玩家-电极固定在额头上，而thync启动-选择了正确的镜腿上的位置。允许将电极放置在头部的几乎任何区域并用绷带固定的装置拥有更广泛的可能性。例如，“ Thebrainstimulator ”，“ PriorMind ”，“ Brainstorm Neurostimulator ”。

尽管存在这样的风险，即在这种情况下，人将犯错并错误地放置电极，但是这种装置使得可以测试不同的电极布置的各种认知效果。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN396507/