Pouštění proudu do mozku zlepšuje matematické schopnosti  
Kolektiv vědců z Oxfordu a Londýna vylepšil dobrovolníkům elektrickou stimulací učení. Zlepšení fungovalo půl roku.

 

Dobrovolník s čelenkou s elektrodami elektrického stimulátoru.


V listopadovém čísle časopisu Current Biology se objevil článek, ve kterém kolektiv mladých vědců popisuje účinky slabého elektrického proudu na lidské schopnosti. Zákrok prý nemá dopad na jiné kognitivní funkce.  I když v úmyslech autorů není nějaké přepínání člověka do „modu Einstein“, i malé vylepšení matematických schopností se pro mnohé stane hodně lákavou vidinou. Zvláště když autoři prozradili, že vše dělali na dobrovolnících z „normální“ populace a ne na pacientech.

 

Cohen Roi Kadosh z University of Oxford: „Rozhodně nejde o to, že bychom chtěli začít dávat elektrošoky všem kolem na potkání. Především máme na mysli to, že než se začne mozková nedostatečnost, způsobená například zmíněnou dyskalkulií, léčit jinými způsoby, měla by se provádět stimulace mozku proudem.“


Myšlení z pohledu zpracování informací
Z mnoha informací, které se na nás valí, se jen malý počet stane vědomou zkušeností.  Mozek totiž selektuje co pustit dál a informace, které projdou sítem kortexu se ještě zpracovávají v neokortexu.  Hovoříme o vytváření map, nebo chcete-li obrazů světa v neuronálním kódu. Jsou odrazem našeho života a jde o společné dílo vzniklé zapojením obrovských populací neuronů, neuronálních sítí.  Náš vnitřní „svět map“ vzniká posilováním síly synaptických spojení. Dochází k tomu ale jen když se současně vyskytnou dvě a více informací. Synaptické spoje se posilují zvýšením výdeje nervového přenašeče (neurotransmiteru) a zesílením citlivosti receptorů. V konečné fázi i morfologickou přestavbou synapsí. Lepší než mnoho slov bývá příklad: Když uslyšíme „Tady je to pivečko, pánové“, současně spatříme zlatavý mok a v ústech se nám rozhostí lahodná chuť -  vytvoří se nám jednoduchá mapa, protože se nám sesíťují neurony aktivované sluchem, zrakem a chutí. Když se  dostaneme do situace, že potřebujeme zpracovat nějaké další informace, aktivuje se nám mapa, která je nejblíže dané situaci. Tu nám určuje takzvaný vzorec, což je souhrn charakteristik pro danou mapu. Příklad by vypadal následovně: Veškerý text tohoto článku je realita.  Mapou je abstrakt a jako vzorec pro aktivaci mapy by sloužila klíčová slova.

 

Zvětšit obrázek
Umělé číslice - znaky použité pro početní úkony v tomto pokusu. Jejich reálné ekvivalenty jsou uvedeny ve spodním řádku.

Jádro pudla
Mapy nám do šedi našich mozků maluje celá řada „kartografů“. Těm hlavním, systémovým, se říká excitační (glutamátergní) a inhibiční (gabaergní). Jak excitační, tak inhibiční systém pracují prostřednictvím receptorů, které jsou nasměrovány proti ústí kanálků - iontových kanálků. A právě tato místa jsou ta, která elektrický proud ovlivňuje. Přišlo se na to u zvířat. Dlouhodobé vystavení  mozků účinkům proudu ovlivnilo syntézu proteinů v neuronech a modifikaci nitrobuněčného AMP (adenosinmonofosfátu). AMP je látka, kterou buňky využívají jako nitrobuněčného posla, který umí aktivovat enzymy.  Kromě toho se působením proudu mění koncentrace vápníku v buňkách a to zase spolurozhoduje o výši akčního potenciálu buňky. Podrobněji jsme o tom psali v článku „Blikající neurony“.  
Má se za to, že právě tyto změny vedou k jevu, který se popisuje jako „dlouhodobé nabuzení“ neuronu elektrickým proudem. Proces vedení vzruchu byl zkoumán i metodou magnetické rezonanční spektroskopie. Ta si všímá změn na úrovni molekul. Potvrdila, že anodová stimulace snižuje spontánní nervovou aktivitu - je gabaergní. Opakem je katodová, neboli glutamátergní stimulace. Ovlivňování těchto aktivit zřejmě stojí i za pozorovaným léčivým účinkem elektrického proudu na mozek schizofreniků. U těch jde o nemoc způsobenou špatnou funkcí glutamátergního systému. Pokud jim do mozku pustíme proud, tak ten nervovým buňkám glutamátové receptory utlumí. A to je zřejmě to, co nemocným pomáhá.  

 

Zvětšit obrázek
Který z obrázků v levém sloupci je matematicky i sémanticky správný? Jeden z řešených úkolů. Pro vás je pro zjednodušení uveden i přepis znaků – pravý sloupec.

„Promývání“ mozku

Zvětšit obrázek
Úspěšnost učení jednotlivých skupin je vyjádřena klesajícím reakčním časem. Modrá – skupina, která měla katodu zapojenou na pravé straně hlavy. Červená – skupina s katodou na levé straně hlavy. Černá – skupina, která měla na hlavě elektrody do nichž žádný proud netekl. Další podrobnosti ZDE.

Metodě vylepšování matematických mozkových schopností se odborně říká transkraniální stimulace a je známa pod zkratkou TDCS (transcranial direct current stimulation). Do mozku se při ní pouští slabý stejnosměrný proud. Tvrdí se, že lenivé buňky mozku popožene, a když se směr proudu otočí, tak je utlumí.  Jde o neinvazivní metodu při níž se do mozkových závitů nic nezavádí. Sada elektrod o průměru okolo 10 mm se jen přikládá na kůži v místech, kde jsou umístěny čelní mozkové laloky. U anody dochází ke stimulaci neuronů, katoda excitace tlumí. Čím blíže neurony elektrodě jsou, tím je efekt větší. Stimulaci dobrovolníkům vědci prováděli na začátku každé výukové lekce. Do elektrod se pouštěl proud o síle jednoho miliampéru po dobu 20 minut. Lekce se opakovaly sedmkrát a učení zabralo týden.

 

Paradigma
Angličané ve svém pokusu zkombinovali mozkovou stimulaci s učením paradigmatu  - zcela nově vymyšlených znaků, pomocí kterých lidští pokusní králíci řešili matematické úkoly. Prakticky šlo o umělé číslice. Pro mozek je učení nových znaků podobným podnikem jako je biflování se novým slovíčkům z cizího jazyka. V obou případech to je záležitost čelních laloků. Pod jejich taktovkou je i matematické myšlení.  Do pokusu byli přijati dobrovolníci s normálními matematickými schopnostmi. Jejich úkoly byly v podstatě banální a šlo v nich o učení se novým věcem a řešení jednoduchých matematických rébusů. Vymyšlené symboly se používají proto, že umožňují metodu standardizovat a že nikdo předem nemá možnost se s něčím podobným setkat a nabýt zkreslující zkušenosti. Vyhodnocení testů se provádí zaznamenáváním času potřebných k vyřešení úloh.
Nejlepších výsledků dosahovaly pokusné osoby tehdy, když jim anodu umístili na pravou stranu a katodu na stranu levou. Zřejmě to souvisí s tím, že pravá strana je považována za sídlo matematického a abstraktního myšlení. Opačnou polaritu proudu vědci na svých ovečkách také zkoušeli, působilo to ale kontraproduktivně. Učení této skupiny se zhoršilo a nebo byly výsledky srovnatelné se skupinou kontrolní.  Správná stimulace ale zlepšovala účastníkům schopnost se učit a numerické úkoly řešili rychleji, vytrvalo jim to 6 měsíců.

 

Hokus pokus, ale myšlenka geniální

Zvětšit obrázek
Methylfenidát (Ritalin). Chemie, kterou lze vylepšit výkon mozku se na mnoha školách již zabydlela. Produkce účinné látky závratně stoupá a dnes ji můžete koupit pod označením: Ritalin®, Ritalina®, Rilatine®, Ritalin LA®, Attenta®, Concerta®, Metadate®, Methylin®, Rubifen®, Focalin®,…

Pětice výzkumníků neudělala nic převratného. Pracovala deset let starou metodou a prakticky jen opakovala, co již udělali jiní. Slávu Angličanům přineslo to, že do svých pokusů zlanařili „normální“ lidi. Proto nyní mohou do světa hlásat, že jejich metodou lze vylepšit schopnosti zdravého člověka a to je to, co veřejnost zajímá. I když autoři tvrdí, že nezamýšlejí nadupávat mozky maturantům a ani nic podobného, bylo by naivní si myslet, že jednoduché vylepšení průměrných schopností, zůstane dlouho stranou zájmu různých kutilů. Zcela jistě také větří privátní zdravotnická zařízení, která by v rámci kosmetických úprav vizáže mohla v rámci jednoho sezení nabídnout i vylepšení počtů. Jistě k tomu přispěje i to, že se autoři nechali slyšet, že nepozorovali žádné negativní dopady na pokusné osoby.

Budou učitelky matematiky začínat hodinu slovy: „A teď si nasadíme helmy, žáci.“ ?

Nedávné zkušenosti s Ritalinem už ukázaly, co si lid žádá. Lék, který dělá něco podobného, jde na dračku a to i přesto, že jeho vliv je nepatrný a navíc má celou řadu vedlejších účinků. Zhoršuje ostrost vidění, výjimkou nejsou ani motorické tiky, závratě, třesavka a halucinace.
Zkusme ale věřit anglickým autorům, že v případě transkraniální stimulace zatím zůstane jen u dalšího testování účinků proudu, přičemž tentokrát se testy ze zdravých lidí přesunou na pacienty. Konkrétně na ty, které mají vážné problémy a nejsou například schopny základních početních úvah, nechápou údaje uvedené na potravinách anebo si neumí spočítat drobné v supermarketu. 

 

Jakou dát presentovaným výsledkům váhu?
Na to se názory různí. Faktem je, že jde o závěry ze souboru pouhých patnácti osob a že zlepšení výsledků v testech je nepatrné. Na druhé straně nutno přiznat, že existuje již několik studií, které potvrzují, že po aplikaci proudu dochází k rychlejší rekonvalescenci pacientů s mozkovými příhodami. Očekávat zázraky se asi nedají. Časem se také mohou objevit zatím nepozorované nežádoucí účinky. Bylo by však dobré, kdyby to byla další cesta jak některé lidi zbavit depresí a vrátit jim normální život. Některé odhady totiž kalkulují s tím, že 20 % populace trpí nějakou poruchou abstraktního myšlení a počtářskou nedostatečností. 

Články s informacemi o této metodě jsou obdařeny dovětkem, že popsaná mozková stimulace elektrickým proudem není návodem k léčbě, ani doporučením k jejímu praktikování.



Pramen: Current Biology


 

Datum: 06.11.2010 22:04
Tisk článku

Eschatologie, vědění a politika - Urbánek Vladimír
 
 
cena původní: 298 Kč
cena: 250 Kč
Eschatologie, vědění a politika
Urbánek Vladimír
Související články:

Proč jsme všichni nadprůměrní piloti?     Autor: David Melechovský (11.03.2017)
Prvorození mají vyšší IQ     Autor: Josef Pazdera (26.06.2007)



Diskuze:

uder do hlavy

Petr Navrátil2,2010-11-08 20:41:59

Řek bych že by se korelace zlepšila kdyby se bralo do uvahy kde byla hlava poraněna.Zajimave by bylo take zjistit jestly je zlešeni v matematice dopravezeno nejakym deficitem v jine oblasti.

lichy či sudy zaleži jetly ten sudej pujde na stejnou sranu hlavy :)

Odpovědět

Mozna to jde i jinak

Petr Habala,2010-11-08 20:27:22

Kdysi davno jsme se spoluzaky na matfyzu udelali maly soukromy pruzkum a zjistili jsme, ze ti s nejlepsimi vysledky v matematice utrpeli v detskem veku vaznejsi uder do hlavy. Korelace nebyla nejlepsi, ale zlepsila se, kdyz jsme zacali brat do uvahy, zda pocet urazu byl lichy ci sudy.

Neni nektery ze ctenaru v pozici, kdy je schopen tuto hypotezu seriozne overit, napriklad na nejakych normalnich dobrovolnicich? Spoluautorstvim vysledne publikace bych nepohrdnul.

Odpovědět

vodivost

Marek Vyšinka,2010-11-08 02:46:44

Když se přiloží elektroda na kůži, co donutí proud projít lebkou? Kůže (a měkké tkáně obecně) mají přeci vyšší vodivost než kosti. Nepoteče proud mezi elektrodami spíše kolem lebky kůží a to co může ovlivňovat neurony je elektrické pole v okolí elektrody?

Podle grafu bych taky řekl, že úspěšnost učení jednotlivých skupin je stejná (a případné rozdíly jsou dány malým vzorkem). Rozhodně nepotvrzuje prezentovaný závěr.

Odpovědět


Ano, pochybnosti máme!

Josef Pazdera,2010-11-08 08:17:25

Na celou řadu otázek pana Kousala a Vyšinky článek odpověď nedává. Pochybnosti jistě máme všichni. Pokud ale nemáme v ruce argumenty, které by byly schopné jejich závěry vyvrátit, potom jsme ve stejné situaci, jako oponenti časopisu Current Biology. Nezbývá nám, než věřit, že presentované výsledky nejsou výsledkem "nabroušené tužky" a že stojí za pozornost a že opravňují tvůrce svůj článek nazvat: ‘Modulating neuronal activity produces specific and long lasting changes in numerical competence’. Current Biology on 4 November 2010. Pokud se jedná o mystifikaci, se jistě časem ukáže a závěry budou vyvráceny. Otázkou je, jestli by čtyři autoři ze třech institucí vystavovali sebe i své zaměstnavatele „pěti minutám slávy“ úmyslně.
V tuto chvíli již nejsme odkázáni jen na skoupé informace z tiskové zprávy university, ale celý článek je již dostupný na adrese:

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MImg&_imagekey=
B6VRT-51D0G1V-2-C&_cdi=6243&_user=10&_pii=S0960982210012340&_origin=
search&_coverDate=11%2F04%2F2010&_sk=999999999&view=
c&wchp=dGLbVlz-zSkzS&md5=1d591579af9729184137034131ee5fd8&ie=
/sdarticle.pdf

Doplňkové informace jsou zde:
http://www.sciencedirect.com/science/MiamiMultiMediaURL
/B6VRT-51D0G1V-2/B6VRT-51D0G1V-2-B/6243/html/S0960982210012
340/978d2add5a8348b37ba3d386a29554c0/mmc1.pdf

Odpovědět


Indukce

Xavier Vomáčka,2010-11-08 12:13:21

Obyčejná elektromagnetická indukce.

Odpovědět

směr proudu?

Jaroslav Kousal,2010-11-07 23:00:35

Věc 1: Jakým způsobem je uspořádaná mozková kůra? Je v ní nějaký preferovaný směr axonů a dendritů ve smyslu dovnitř/vně? Jinak by prohazování katody a anody nemělo žádný vliv, krom povrchu kůže. Nebo jde o ovlivňování "bílé hmoty" (kde, pokud chápu správně, jsou z velké míry axony "dovnitř") a pak by to nebylo zlepšování vyšších mozkových funkcí?

Věc 2: Ať na ten přiložený graf koukám, jak koukám, nekratší reakční dobu měla skupina, která měla elektrody bez proudu - tak o jakém zlepšení průchodem proudu tu mluvíme?

Odpovědět


směr

Petr Navrátil2,2010-11-08 18:07:35

Ono to chce trochu podrobnejš u téhle stimulace hodně zaleži kam přesně se elektrody daj - na keterou čast mozku to pusoby,aktivita teto časti pak muže ovlivnit aktivytu dalšich třeba na druhé straně mozku.

Ja sem na sobě testoval stimulaci leveho dorsolateralniho
cortexu (DLPFC) a druha elektroda byla supaorbitalně
na prave straně (nad pravym okem) jak bylo +/- už si nevzpominam musel bych pohledat v poznamakach stimalace 3min proudem 2mA ,9V ppři zapojeni jen lechke mravenčeni (nekvalitni elektrody ) pri odpojeni zablesk
v hlavě jak se měnila polarita neuronu.Prvni efekty už asi po minutě -proubozeni , zvyšeni produkce endorfinu
maximum efektu cca 25min po skončeni stimulace
byl sem vismátej (endorfiny) a mel oproti začatku mnohem lepši soustředeni, svět byl barevnejši živejši .. postupně to slablo ale nějaky znatelny učinky byli citit i po 6 hodinach.
Zadne dlouhodne pozitivni ani negativni učinky nezanamenany.

Zpatky k otazce puvodni aj članek sen nečet ale přijde mi divny že jako pozici elektrod tam je jen leva nebo prava strana hlavy ono tu elektrodu stači dat o 2cm vedle a už to ma jiny učinky.Když pomoci tDCS jenu čast mozku zapnu tak musim davat pozor kam se da druha elektroda aby se učinky vzajeme nevyrušily,což možna neudělaly.

Ten graf maj fakt divnej chtělo by to novou studiji
z většim vzorkem a presnejšim rozloženim elektrod .

omlouvam je jak strašně pišu -dislexie
nebo nasledek predchozich expedimentu :)

Odpovědět


podrobnosti

Petr Navrátil2,2010-11-08 18:43:31

Tak sem se ještě mrknul na originalni članek
rozhodně bych ten expediment udělal jinak :)

1.jednu elektrodu daly na pravej parietal lobe do mista ktery ma na strarosti matematicky ukoly (jak presně to daly tam neni) a levou na protejši parietral lobe .V tomhle vidim trošku problem nevim presne co presne je na leve straně na tomhle miste ale mam podezdreni že taky nejky matematicky funkce nebo možna už řečovy
gramatita a tak .Takže pokud by tam byla taky matematika tak ji tim polači a sniži pozitivni vysledek.Pokud tam byla gramatika tak ti lidi sice budou po pul roce dobře počitat ale budou psat jako ja :).Taky mi tam nesedi že proud de pres celej mozek - z jedne strany na druhou a tak ovlivnuje i hlubši struktury což muže spustit spoustu věci.
Pokud bych to delal ja tak stimulaci rozdelim na 2 časti v prvni časti stimulace leveho DLPFC to nakopne vědomi a kontrolu nad zbytkem mozku do vedomi pak pujde menohem vic informaci a bude nand nimai snadnejši kontrola v druhe fazi teprv stimulace te matematicke časti ale truhou elktrodu bych dal asi kousek pod ucho
musel bych vic promyslet ale proste misto kde to nebude vypinat nic pro tenhle ukol duležityho.

2.U sham byla použita 30s stimulace aby to bylo nerozenatelny od stimulace tohle je podle me taky problem už par vteřin stimulace na mě pri mej testech mělo znatelny učinky.Pokud už by musal byt použita tak co nejvic snižit čas a rozdelit na 2 časti z protichudnou polaritou aby se učinek vyrušil .

Odpovědět

???

Barak Obava,2010-11-07 22:17:14

"anodová stimulace snižuje spontánní nervovou aktivitu - je gabaergní. Opakem je katodová, neboli glutamátergní stimulace. Ovlivňování těchto aktivit zřejmě stojí i za pozorovaným léčivým účinkem elektrického proudu na mozek schizofreniků. U těch jde o nemoc způsobenou špatnou funkcí glutamátergního systému. Pokud jim do mozku pustíme proud, tak ten nervovým buňkám poblíž katody glutamátové receptory utlumí." - Tak nejdřív utlumuje anodová, nakonec katodová, to jsem z toho jelen. Není tam něco málo špatně?

Odpovědět


jj

Josef Pazdera,2010-11-08 01:23:46

Dva prameny popisují prakticky stejnou věc, shodnou se na účinku, ale vysvětlují jej každý jinak. Možná je na vině to, co naznačuje graf v článku - v jistých okamžicích je modrá i červená křivka nad černou kontrolou - jako by na "přepólování" elektrod ani nezáleželo, hlavně že do nich jde proud. Fakt je, že i v té křivce jsou rozdíly tak malé, že je od Amgličanů docela odvážné tvrdit, že tam efekt je.
Napsat že si vymýšlí ale může jen někdo, kdo takový pokus zopakuje a závěry vyvrátí. Dva slíbené prameny: „Magnetic resonance spectroscopy in humans found that the molecular changes involved reduction in spontaneous neural activity of GABAergic (anodal stimulation) and glutamatergic (cathodal stimulation) activity.“ Polarity-sensitive modulation of cortical /neurotransmitters by transcranial stimulation, J. Neurosci. 29 (2009), pp. 5202–5206.

Intrinsic excitatory connections in the prefrontal cortex and the pathophysiology of schizophrenia. Brain Res Bull 2000;52:309–317.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace