Нейроны мозга, окрашенные в разные цвета
Lichtman J., Livet J., Sanes J. / Harvard University
Американские нейрофизиологи обнаружили, что транскраниальная электрическая стимуляция мозга помогает улучшить кратко- и долговременную память. Для этого пожилых участников эксперимента стимулировали переменным током в течение 20 минут четыре дня подряд. Улучшения памяти после терапии сохранялись у испытуемых в течение одного месяца. Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience.
Человеческий мозг обладает двумя формами памяти. Кратковременная, или рабочая, память активируется, например, когда нужно запомнить номер платформы, с которой уходит нужный поезд, или свой выход в аэропорту. Долгосрочная память позволяет запомнить информацию на годы, именно она задействована при обучении в школе или университете. С возрастом оба типа памяти ухудшаются, а нарушения могут развиваться в течение нескольких лет, начиная со среднего возраста. При этом эффективного средства от ухудшения памяти и возможной деменции все еще не существует.
Можно было бы попробовать восстановить память с помощью транскраниальной стимуляции мозга электрическим током — пропусканием слабого постоянного или переменного электрического тока (0,5–2 миллиампера) через кору головного мозга. Такая стимуляция позволяет активировать нервные волокна так, чтобы они приняли на себя функции тех, которые были нарушены. Но чтобы эффективно использовать такой метод, нужно точно знать, какую область мозга стимулировать и на какой частоте.
Исследователи считают, что за работу памяти отвечают дорсолатеральная префронтальная кора и нижняя теменная долька. При этом неясно, какие именно частоты нужны для активации разных типов памяти в этих областях. Ученые предполагали, что ритмическая активность в диапазонах тета- и гамма-частот влияет как на кратковременную, так и на долгосрочную память. Однако разные группы исследователей получали противоречивые результаты, а в экспериментах участвовали молодые люди, у которых активность мозга отличается от работы мозга пожилого человека.
Роберт Рейнхарт (Robert M. G. Reinhart) и его коллеги из Бостонского университета проверили, как могла бы работать транскраниальная стимуляция, на 150 людях от 65 до 88 лет. Исследователи активировали отделы мозга в течение четырех дней. При этом в каждый день эксперимента участники выполняли задание на немедленное свободное запоминание: им предлагалось запомнить 5 списков из 20 несвязанных между собой слов длиной от 4 до 12 букв. Во время прослушивания и воспроизведения слов участники носили шапочку с электродами и через нее получали электрическую стимуляцию. После прослушивания каждого списка участникам необходимо было вспомнить услышанные слова за две минуты. Запоминание слов из начала списка говорило о работе долговременной памяти, а из конца — рабочей. Исследователи также тестировали работу памяти у испытуемых спустя месяц после терапии.
Активация участков мозга при транскраниальной стимуляции. Слева — нижняя теменная долька и участки ее активации, справа — дорсолатеральная префрантальная кора. Цветными точками на модели головы отмечено расположение электродов
Grover et. al. / Nature Neuroscience, 2022
Нейробиологи провели три эксперимента для того, чтобы понять, какие ритмы способны влиять на память в разных областях мозга. В первом эксперименте ученые разделили испытуемых на три группы. У первой группы с помощью тета-ритмов с частотой четыре герца стимулировали нижнюю теменную дольку для воздействия на рабочую память. Вторая группа получала стимулы гамма-ритмами в дорсолатеральной префронтальной коре с частотой 60 герц, что должно было повлиять на функции долговременной памяти. Третья группа была контрольной, и ее участники не получали стимуляцию.
Исследователи обнаружили, что стимуляция нижней теменной дольки на выбранной частоте улучшает запоминание слов из конца списка, что говорит об активации рабочей памяти. А стимуляция дорсолатеральной префронтальной коры на частоте 60 герц влияла на запоминание слов в начале списка, и это отражало работу долговременной памяти. Улучшения в запоминании наблюдались уже к третьему дню эксперимента, а результат сохранялся в течение месяца после электростимуляции.
Проверка памяти после транскраниальной стимуляции электрическим током. По вертикали — вероятность верного воспроизведение услышанных слов. По горизонтали — условное деление слов по вероятности запоминания: эффект первичности, средние значения, эффект новизны. Верхний ряд — контрольная группа, средний — стимуляция дорсолатеральной префронтальной коры, нижний — стимуляция теменной дольки
Grover et. al. / Nature Neuroscience, 2022
Чтобы подтвердить связь двух областей мозга и типов памяти, команда Рейнхарта провела второй эксперимент. В ходе него нижнюю теменную дольку, наоборот, стимулировали гамма-частотами, а тета-частотами — дорсолатеральную префронтальную кору. Но улучшения памяти после этого исследователи не заметили. И заключили, что тета-частоты улучшают только кратковременную память, а гамма-частоты — только долгосрочную, но не наоборот, как предполагали в предудыщих исследованиях.
Исследователи считают, что необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы определить, могут ли эти эффекты сохраняться дольше одного месяца. Помимо потенциальных преимуществ для здоровых пожилых людей, эта технология может быть полезна для улучшения работы мозга у людей с нейропсихиатрическими и нейродегенеративными расстройствами, особенно с селективным дефицитом памяти.
Исследователи не первый раз обращаются к технологии транскраниальной стимуляции переменным током. Мы рассказывали о том, как этот метод помог в борьбе с дислексией.
Ирина Грищенко
