Транскраниальная электрическая стимуляция: дешево и сердито

Транскраниальная магнитная стимуляция, о которой мы говорили все это время, – отличная штука, но, конечно, у нее есть недостатки. Во-первых, установка для ТМС стоит около двух миллионов рублей, так что не каждый университет может ее себе позволить. Во-вторых, испытуемых надо сначала отправить на МРТ, а томограф стоит еще в десять раз больше, так что, скорее всего, находится в каком?то совершенно другом учреждении, с которым надо договариваться и долго ждать, пока до ваших участников исследования дойдет очередь. В-третьих, вам нужны очень высококвалифицированные сотрудники. В-четвертых, сами эксперименты требуют долгой и трудоемкой подготовки. Наконец, у транскраниальной магнитной стимуляции внушительный список противопоказаний (если вы признаетесь, что в пятом классе упали и ударились головой, экспериментаторы на всякий случай откажутся с вами работать), она может вызвать эпилептический припадок (хотя за десятилетия ее применения на многих тысячах испытуемых были зарегистрированы только единичные случаи), может привести к обмороку (почаще, но это тоже вряд ли случится с вами), может вызвать головную боль или дискомфорт (примерно у 30 % испытуемых, но об этом же сообщают и 15 % попавших в плацебо-группу)[135]. Словом, многие лаборатории предпочитают не связываться и выбирают транскраниальную электрическую стимуляцию.

По сравнению с ТМС, она простая, как апельсин. У вас есть два электрода – чаще всего это широкие металлические пластинки, обмотанные губкой, пропитанной физраствором[136]. 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]: с применением постоянного или переменного тока[138]. 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]. 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].

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]. 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!”

Но, конечно, транскраниальную электрическую стимуляцию можно применять и к бодрствующим людям. Например, чтобы помочь им лучше справляться с несколькими заданиями одновременно. В 2016 году Джастин Нельсон и его коллеги провели эксперимент со служащими военной авиабазы – людьми, для которых способность распределять внимание между разными процессами критически важна[142]. Им всем давали выполнять тренировочное задание, разработанное NASA специально для оценки многозадачности. Человек сидит перед экраном, на котором одновременно происходит много всего. Он должен следить за тем, чтобы лампочки горели правильными цветами. Чтобы дрейфующая цель удерживалась под прицелом. Реагировать на голосовые команды и переключаться с одной радиочастоты на другую. Контролировать уровень топлива по графической схеме. При этом в ходе получасовой тренировки скорость изменения всех этих параметров постоянно нарастает.

На голове у каждого участника, над левой дорсолатеральной префронтальной корой, был закреплен анод – тот электрод, который активирует расположенные под ним участки мозга. Катод, который обычно все подавляет, был закреплен на плече, потому что там у людей мозга нет. В начале эксперимента всем участникам включали постоянный ток силой 2 мА, чтобы они почувствовали легкое покалывание кожи. Но у экспериментальной группы стимуляция продолжалась полчаса, а в контрольной группе отключалась через 30 секунд.

Все эти полчаса люди сидели и выполняли задание. Правда, они все равно не успевали отслеживать все изменения, происходящие на экране. Сначала, пока происходило мало событий, они действовали все быстрее и быстрее, но потом выходили на плато и дальше работали с постоянной скоростью, неизбежно упуская часть заданий. Эта скорость определяется тем, как много заданий человек может одновременно удерживать в сфере своего внимания, что, в свою очередь, контролирует дорсолатеральная префронтальная кора[143]. И выясняется, что если ее не стимулировать, то люди в среднем способны реагировать на одно изменение в секунду. А если стимулировать – то уже на 1,3 изменения.

“Если все так круто, – спросите вы, – то почему же транскраниальная электрическая стимуляция до сих пор не пришла в каждый дом?” На самом деле, она пытается, есть целые сообщества фанатов, которые скручивают приборчики для ТЭС или заказывают их в интернете, цепляют их себе на голову и в таком виде, например, медитируют или делают домашнее задание по математике. Но научное сообщество относится к этому скептически и призывает соблюдать осторожность[144]. Напоминает, что транскраниальная электрическая стимуляция совершенно не сфокусирована и затрагивает кучу разных зон. Что ее эффекты отличаются в зависимости от того, чем вы, собственно, занимаетесь в это время. Что она может улучшить какие?то функции, но в ущерб другим. Что если вы добьетесь с помощью регулярного воздействия долгосрочных эффектов, то они ведь могут и действительно оказаться долгосрочными, будете еще полгода другим человеком, и хорошо еще, если улучшенной, а не ухудшенной версией себя. Что даже небольшие изменения силы и продолжительности стимуляции могут радикально изменять ее эффект. Что есть большие отличия между тем, как реагируют на стимуляцию разные испытуемые, и вообще примерно 30 % участников реагируют на нее прямо противоположным образом относительно запланированного (но этого не видно в усредненных результатах эксперимента, которые попадают в новости). Что одно дело – это медицинские исследования или разовое воздействие в лаборатории, где ученые сто раз взвесят риски, расспросят вас о противопоказаниях и при любых сомнениях выгонят из лаборатории, потому что неприятности им не нужны, а другое дело – эксперименты над собой, особенно когда ими занимаются люди, которые вообще довольно смутно представляют, где именно у них находится дорсолатеральная префронтальная кора.

Собственно, даже и с медицинскими исследованиями имеет смысл соблюдать осторожность. Транскраниальная электрическая стимуляция очень хорошо подходит для всяких жуликов от медицины, потому что стоит недорого, звучит наукообразно и относительно безопасна для пациента. Так что если человек в белом халате предлагает вам принести в его клинику много денег, чтобы электроды на голове излечили вас от всех болезней, то не несите деньги сразу. Сначала попросите ссылки на исследования эффективности ТЭС для вашего заболевания и оцените эти статьи хотя бы по формальным критериям. В приличных ли журналах они опубликованы? Какого размера была выборка? Была ли контрольная группа? Обратили ли внимание на это исследование другие ученые?

Самое смешное, что какие?то статьи о пользе метода вам в любом случае предоставят. Ну просто потому, что в мире каждый год выходит около двух миллионов научных статей, из них около десяти тысяч – про транскраниальную электрическую стимуляцию. В них можно найти подтверждения более или менее чему угодно, по крайней мере на уровне “кто?то когда?то попытался, и вроде бы что?то у него получилось”. Соглашайтесь платить деньги за лечение только в том случае, если метод проверен хотя бы на сотнях людей, исследования были плацебо-контролируемыми, они опубликованы в журналах с импакт-фактором[145] не меньше двух (чем больше, тем лучше) и были процитированы хотя бы в десятках других работ.

На самом деле проблема глубже. Она касается любых исследований во всех областях науки. Она проявляется на всех этапах передачи информации, от исходного планирования лабораторного эксперимента и до освещающего его научно-популярного ролика на Ютюбе. Дело в том, что абсолютно все счастливы, когда у исследования есть результат: выдвинули гипотезу, проверили, и – ура, она подтвердилась. И никто не любит те исследования, в которых ничего интересного обнаружить не удалось.

Соответственно, вот ученые проводят эксперимент. Они, например, протестировали десять человек и уже нашли статистически достоверное отличие между экспериментальной и контрольной группой. Тогда они счастливы и готовят свою статью к публикации. Всё же в порядке. А вот если они этого отличия не нашли, то тогда они начинают тщательно пересматривать свою методику, наращивать выборку, применять другие алгоритмы статистической обработки данных – и продолжают в этом духе до того момента, когда отличие все?таки появится, пересечет волшебный порог “p<0,05”, означающий, что результат, с вероятностью 1 к 20, не получился у них случайно, в силу неучтенных отличий между людьми, попавшими в одну и во вторую группу.

Если все сделано правильно, а отличия между группами так и не нашлось, то это проблема. Потому что все хотят публиковаться в крутых научных журналах. То есть в высокоцитируемых. А они придирчивы и переборчивы и при прочих равных гораздо охотнее возьмут статью с выводом “эффект есть”, чем с выводом “эффекта нет”. Потому что хотят и дальше оставаться высокоцитируемыми. Так что если исследователи эффекта не нашли, то они идут в журнал похуже и публикуются там. (Нам как потребителям научной информации это явление полезно в том смысле, что мы можем с чистой совестью не обращать внимания на те работы, в которых эффект как раз есть, а журнал при этом все равно плохой: “Что же вас, голубчики, в хороший журнал не взяли с таким открытием? Вероятно, есть в вашей работе какие?то серьезные проблемы”.)

Дальше юный исследователь ищет информацию и видит две похожие работы. В одной эффект есть, во второй эффекта нет. Но первая опубликована в хорошем журнале, а вторая в плохом. “Значит, на самом деле эффект есть, – думает юный исследователь, – а эти неудачники просто попали в плохой журнал, потому что у них были какие?то ошибки и вообще они небрежно работали”. И цитирует, скорее всего, преимущественно те статьи, в которых эффект есть, потому что ему же надо обосновать для грантодателя, для научного руководителя и для коллег, почему он решил заниматься именно этой темой. Но он все?таки ради объективности хотя бы в скобках упомянет, что вот у некоторых исследователей эффекта не было.

Другое дело – научный журналист. Много вы видели новостных статей с заголовками в духе “Ученые не обнаружили влияния транскраниальной стимуляции на рабочую память”? Да не смешите. Какой дурак будет такое писать? Вот же есть исследование, про которое можно написать новость с заголовком “Ученые обнаружили влияние транскраниальной стимуляции на рабочую память”. Оно еще и опубликовано в журнале получше.

Серьезно, мы работаем ради того, чтобы вам было интересно. Мы не обманываем вас специально, но постоянно, даже не задумываясь, непроизвольно вводим в заблуждение – в том смысле, что выбираем для вас самые яркие исследования с самыми крутыми результатами. Нам очень нравится нейробиология, и мы хотим, чтобы вам она тоже нравилась. Благо есть за что. Но когда она понравится вам настолько, что вы пойдете в нашу прекрасную магистратуру по когнитивным наукам и там обнаружите, что мозги у людей, черт возьми, разные и в экспериментальной науке все оказывается даже не так гладко, как в учебнике, не говоря уже о научно-популярной книжке, – не говорите тогда, что я вас не предупреждала.