Electrical stimulation of the brain: scientific research inspires biohackers.

Электростимуляция мозга: научные исследования вдохновляют биохакеров.

During the last few years transcranial direct current stimulation (tDCS) research shows that it can improve many cognitive function of the healthy people such as attention concentration, numerical skills, reaction rate. More than 10,000 volunteers took part in the tDCS research.

Following the scientists biohackers, people who want to have firsthand knowledge of the scientific findings, took an interest of the technology. Now there is even a community in the USA, who use electricity to level up their brain. Moreover sportsmen begin to use tDCS, expecting it will become new and heavy detected performance-enhancing drug.

За последние несколько лет научные исследования электростимуляции мозга (tDCS) продемонстрировали, что она может улучшать многие когнитивные функции здоровых людей: концентрацию внимания, математические способности, скорость реакции. В сумме в исследованиях tDCS приняло участие уже более 10 000 здоровых добровольцев.

Вслед за учеными технологией начали интересоваться и биохакеры - люди, желающие испытать результаты научных исследований на себе. В США уже сложилось целое комьюнити, использующее электричество для того, чтобы «прокачать» свой мозг. Кроме того, tDCS начинают использовать спортсмены, рассчитывая, что она может стать новым и трудно детектируемым допингом.

Brief facts.

TDCS - Transcranial direct current stimulation is used in medical research for cerebral accident recovery, mental depression treatment, sick headache, neurodegenerative diseases. At the moment not less than 224 clinical investigations of this technology take place in the world. However at the beginning of the 2000s appeared research showing that tDCS can improve cognitive and motor function of the healthy people. From that time there were a great many of research articles and some of them were described on geektimes. However even during the last year appeared a few very interesting works:

Коротко о главном.

TDCS - транскраниальная стимуляция постоянным током - пришла из медицинских исследований, где используется при восстановлении после инсульта, для лечения депрессии, мигрени и нейродегенеративных болезней. На данный момент в мире проходит не менее 224 клинических испытаний этой технологии. Однако в 2000х годах стали появляться исследования, демонстрирующие, что tDCS может улучшать когнитивные и моторные функции и у здоровых людей. С этого времени статей вышло уже великое множество, некоторые из которых описывались и на geektimes. Однако, даже за последний год копилка пополнилась несколькими особенно интересными работами:

№1 To improve mathematical skills and memory.

In 2016 a group of scientists from Harvard, Oxford and Tubingen University discovered that tDCS speeds up education and improves verbal memory more than at 20 %, and the effect was long-termed and lasted for 2 months.

20 healthy volunteers took part in the experiment, they passed through electrical stimulation of dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) - brain area that is responsible for education (among others mathematical. There was also a control group, where tDCS was imitated, to exclude placebo effect.

Electric stimulation was conducted with current intensity 1 mA during 30 minutes a day, for 2 days. During the procedure all participants of the experiment solved mathematical problems. It appeared that 2 days after the beginning of the experiment participants solved problems with fewer mistakes and 9 % faster than the control group. Moreover there verbal working memory improved for 25 %!

To evaluate long term effects of the stimulation, the two months after the end of the experiment the scientist conducted new testing. It appeared that those who passed tDCS still had better results. And another interesting fact is that they did task even faster than just after tDCS. (After stimulation the speed was 9 % than the control group had and after 2 months - 20 % faster faster)

№1 Ускорить обучение математике и улучшить память

В 2016 году группа ученых из Гарварда, Оксфорда и Тюбингенского университета обнаружила, что tDCS ускоряет обучение и улучшает вербальную память более чем на 20%, причем эффект был долгосрочным и сохранялся на протяжении 2х месяцев.

В эксперименте приняло участие 20 здоровых добровольцев, которым проводили электростимуляцию дорсолатеральной префронтальной коры (DLPFC) - зоны мозга, ответственной за обучение (в том числе - математическое). В эксперименте была и контрольная группа людей, у которых tDCS имитировали, чтобы исключить эффект плацебо.

Электростимуляцию проводили током силой 1 миллиампер по 30 минут в день 2 дня подряд. А во время процедуры все участники эксперимента решали математические задания. Оказалось, что через 2 дня после начала эксперимента испытуемые стали решать задания с меньшим числом ошибок и на 9% быстрее, по сравнению с контрольной группой. Кроме того, их вербальная рабочая память улучшилась на четверть!

Чтобы оценить долговременные эффекты стимуляции, через 2 месяца после завершения эксперимента ученые снова провели тестирования. Оказалось, что те, кто проходил tDCS, по-прежнему, демонстрировали гораздо более высокие результаты. И, что особенно интересно, они решали задания даже быстрее, чем непосредственно после tDCS. (После стимуляции - скорость решения была на 9% больше, чем у контрольной группы, а через 2 месяца - на 20% больше).

№2 To sleep less

At the same 2016 the group of German scientists under the guidance of Michael Nietzsche and Christophe Nissan discovered that with the help of tDCS sleep time can be cut. Moreover there is no fall of the quality of the sleep and there is no tiredness and drowse after wake up.

19 healthy people took part in 5 days experiment, and everyone had electrical stimulation before sleep. There was an influence on the cortex neurons that are forming cortex - thalamic pathway of the sleep and wake control. It turned out that tDCS cut sleep time by a mean at 25 minutes (in comparison with the sleep under conditions of tDCS imitation) and were accompanied with a long-term increase of the cortical activity.

It is very important that quality and sleep structure (phases relapse) didn't change, and in the morning after the procedure people didn't feel themselves worse than usual.

№2 Меньше спать

В том же 2016 году группа немецких ученых под руководством Майкла Ницше и Кристофа Ниссена продемонстрировала, что при помощи tDCS можно сокращать время сна. Причем это не сопровождается ни снижением качества сна, ни - усталостью и сонливостью после пробуждения.

В пятидневном эксперименте приняли участие 19 здоровых людей, у каждого из которых перед сном проводили электростимуляцию. Воздействие осуществлялось на нейроны коры, входящие в состав кортико-таламического пути регуляции сна и бодрствования. Оказалось, что tDCS сократила время сна в среднем на 25 минут (по сравнению с тем, сколько они же спали при имитации tDCS) и сопровождалась долгосрочным увеличением активности коры головного мозга.

Что важно, качество и структура сна (соотношение фаз) из-за электростимуляции никак не изменилась, и наутро после процедуры люди чувствовали себя не хуже, чем обычно.

№3 To increase attention concentration

Source " Photobank Laurie "

And in 2015 the study was undertaken showing that tDCS allows to improve attention concentration.

During the attention test subjects sat before the screen where 5 arrows lie above one another appeared. Sometimes all the arrows were directed to one side, sometimes the central arrow had a reverse direction.

During few milliseconds subjects have to determine the direction of the central arrow and to push the relevant button. Some tests had distracting cue on the screen.

It turned out that after parietal cortex stimulation volunteers gave quicker answers (in the spatial memory task), than before tDCS. There was also a control group in the experiment, where tDCS was imitated. However after false stimulation the speed didn't change.

№3 Увеличить концентрацию внимания

А в 2015 году было проведено исследование, демонстрирующее, что tDCS позволяет улучшать концентрацию внимания.

Во время теста на внимательность испытуемые сидели перед экраном, на котором появлялось 5 стрелочек, расположенных одна над другой. Иногда все стрелочки были направлены в одну сторону, а иногда - центральная стрелочка имела противоположное направление.

Испытуемые за несколько сотен миллисекунд должны были определить, в какую сторону направлена центральная стрелочка, и нажать соответствующую клавишу. В некоторых заданиях появлялся еще и отвлекающий сигнал в разных областях экрана.

Оказалось, что после электростимуляции теменной коры, добровольцы давали ответ быстрее (в задании на пространственное внимание), чем до tDCS. В эксперименте была и контрольная группа людей, у которых tDCS имитировали. Однако после «фальшивой» стимуляции скорость выполнения задания не изменилась.

To achieve quantitative estimation of the cognitive index variation, tDCS users very often use the so called brain simulators «Lumosity», «Dual N-Back Game» or «Cambridge Brain Challenge». A story about tDCS testing, also during Lumosity game, was written by neurobiologist Nikolai Kukushkin:

«...The most interesting thing happened when I experimented with electrodes insertions. The Us military are stimulated not a forehead but a right temple. When I tried such a configuration the difference was evident. There was a shivers running up and down spine- it happens so when you fling yourself whole-heartedly into an undertaking and you are absolutely engaged. I began to work with Lumosity again. The memory was still the same, but concentration became better. But when I tried speed plays I had no more questions.

You have to make a simple decision in these games, for example, if the shown picture corresponds another picture. Yes -- one button, no- another one. You have to give answers as soon as possible and avoid mistakes. From the first try I beat 3 records in 3 different games. On all occasions the previous records were done few months ago. I needed few seconds to understand the strategy of the game and then fingers were moving themselves and there was a pleasant feeling in the body. I wanted to laugh...»

Чтобы добиться количественной оценки изменения когнитивных показателей, пользователи tDCS часто используют так называемые мозговые тренажеры - «Lumosity», «Dual N-Back Game» или «Cambridge Brain Challenge». Рассказ о тестировании tDCS, в том числе во время игры в Lumosity, написал нейробиолог Николай Кукушкин:

«...Самое интересное произошло, когда я стал экспериментировать с местами прикрепления электродов. Американским военным стимулируют не лоб, а правый висок. Когда я попробовал такую конфигурацию, разница стала очевидной. По телу пробежали не то что мурашки, а эдакая мягкая, теплая дрожь -- так бывает, когда с головой окунаешься в какой-то процесс и не видишь ничего, кроме этого процесса. Я снова взялся за Lumosity. Память особо не выделялась, внимание слегка улучшилось. Но когда я попробовал игры на скорость, вопросов не осталось.

В этих играх нужно быстро принять простое решение, например, соответствует ли показанная карточка предыдущей. Да -- одна клавиша, нет -- другая. Нужно реагировать как можно быстрее и избегать ошибок. Я с первого раза побил три рекорда в трех разных играх, организованных по этому принципу. Во всех трех случаях предыдущим рекордам было по несколько месяцев. Мне требовалось несколько секунд, чтобы «влиться» в игру, после чего пальцы как будто барабанили сами, а по телу растекалась все та же дрожь. Хотелось смеяться...»

Article published with permission of the author @enjoyman with resource https://geektimes.ru
Статья опубликована с разрешения автора @enjoyman с ресурса https://geektimes.ru

All STEEM Dollars for this post go to the featured author. Все SD за пост получит автор.

Electrical stimulation of the brain: scientific research inspires biohackers. Электростимуляция мозга: научные исследования вдохновляют биохакеров. (featuring @mixa as author)