29 September 2019

Хаки для мозга. Учёные опубликовали обзор методов для улучшения умственных способностей

CyberpunkPopular scienceBiotechnologiesHealth
В условиях всё более сложного информационного общества неуклонно растут требования к когнитивному функционированию. В последние годы предложены многочисленные стратегии для улучшения работы мозга. Доказательства их эффективности (или её отсутствия) и побочных эффектов вызвали дискуссии об этических, социальных и медицинских последствиях.

Подобно хакерской культуре в области компьютерного программного и аппаратного обеспечения, всё больше людей экспериментируют со стратегиями творческого преодоления естественных ограничений когнитивных способностей человека — другими словами, «взламывают» функции своего мозга.

В общественных дебатах когнитивное усовершенствование часто рассматривается как некое монолитное явление. Но на самом деле это многогранная концепция: существует не один «когнитивный усилитель», который увеличивает функцию мозга как таковую, а большое разнообразие стратегий, которые можно разделить по группам:

  • биохимические;
  • физические;
  • поведенческие.

Эти когнитивные усилители различаются по способу применения, когнитивной области, на которую они нацелены, времени воздействия, доступности и побочным эффектам, а также по тому, как они действуют на разных людей.

Специалисты из Дондерского института мозга (Нидерланды), Оксфордского университета, Гамбургского университета, Института неврологии и медицины (Германия) и нескольких других учебных заведений составили обширное исследование разных стратегий когнитивного улучшения. Научная статья опубликована в журнале ACS Chem Neuroscience (doi: 10.1021/acschemneuro.8b00571).

Учёные отмечают, что мозг человека с эволюционной точки зрения приспособлен для решения совершенно других задач. Чтобы комфортно жить в информационном обществе и постиндустриальной экономике, требуются особые когнитивные навыки, которые приобретаются с помощью медленных, трудоёмких и дорогостоящих процессов образования и обучения.

Кроме того, эти навыки могут устаревать по мере быстрых изменений в мире или теряться в процессе старения. Люди также различаются по своим умственным способностям, что позволяет им приобретать определенные навыки быстрее или медленнее, что может оказать значительное влияние на успех в жизни. Таким образом, стратегии совершенствования приобретения и поддержания когнитивных навыков приобретают всё большее значение как на индивидуальном, так и на общественном уровне.

Другими словами, когнитивное усиление — важная задача как для отдельных инидивидуумов, чтобы сохранять конкурентоспособность в современном мире, так и для человеческой цивилизации в целом.

Люди с незапамятных времен стремились улучшить работу своего мозга, однако нынешняя эпоха уникальна. Объём интеллектуальных проблем резко вырос, но зато появились первые реальные технологии, которые обещают решить когнитивные проблемы.

Это развитие вызвало не только энтузиазм у биохакеров, но и некоторый страх в обществе. У специалистов сильно разные интуитивные представления о целесообразности, полезности, рисках и возможном влиянии таких технологий на мир.

Одна из причин споров — отсутствие веских доказательств. Без эмпирических выводов легко отстаивать любую позицию, а также критиковать оппонентов. Ещё один существенный источник разногласий и теоретической путаницы — тенденция рассматривать когнитивные улучшения как монолитное явление, подлежащее оценке в целом, а не как широкий набор методов с важными различиями и расходящимися последствиями, пишут авторы научной работы.

Только на основе чёткой картины того, как та или иная стратегия может повлиять на конкретные когнитивные процессы, наряду с ожидаемыми побочными эффектами, может развиваться обоснованная теоретическая дискуссия и могут быть предложены перспективные эмпирические исследовательские проекты для проверки этой стратегии. В своей работе учёные обсуждают семь основных аспектов когнитивного улучшения, а именно:

  • способ действия;
  • когнитивная область, на которую оно нацелено;
  • личностные факторы;
  • время действия;
  • побочные эффекты;
  • доступность;
  • социальное принятие.

Все эти аспекты изображены на схеме:


Семь взаимозависимых аспектов улучшения когнитивных способностей

Цель работы — набросать общую структуру, которая будет способствовать как теоретическим дискуссиям, так и эмпирическим исследованиям.

Общепринятое определение характеризует когнитивные улучшения как вмешательство, направленное на улучшение ментального функционирования сверх того, что необходимо для поддержания или восстановления хорошего здоровья. В то время как текущие биоэтические дебаты по когнитивному улучшениям сильно сосредоточены на фармакологических способах повышения, но под это определение подходит и улучшение умственных способностей нефармакологическими средствами.

Чтобы систематизировать огромное разнообразие различных подходов к когнитивному совершенствованию, авторы предлагают сгруппировать стратегии улучшения по трём основным областям в соответствии с их основным способом действия: биохимические, физические или поведенческие.


Стратегии когнитивных улучшений отличаются по способу воздействия: это физические, биохимические и поведенческие методы

Учёные предлагают обзор различных стратегий в рамках этих кластеров.

Биохимические стратегии


В публичных спорах часто обсуждают биохимические агенты. Однако биохимические вмешательства не ограничиваются фармацевтическими «умными лекарствами». Также было показано, что применение обычных веществ, таких как кислород, например, улучшает процессы памяти и нейронную активность в областях мозга, связанных с памятью.

Человечество издревле использует в качестве биохимических усилителей когнитивной функции определённые питательные компоненты. Наиболее широко используются глюкоза и кофеин. Оба этих вещества продемонстрировали положительные когнитивные эффекты в многочисленных исследованиях. Кроме кофе, другие напитки из кофеинсодержащих растений, таких как гуарана, также улучшают умственные способности, в то время как некофеиновые компоненты в кофеиносодержащих растениях могут оказывать независимое воздействие на когнитивные способности. Их других питательных компонентов с некоторыми доказательствами когнитивных усиливающих эффектов можно назвать флавоноиды (например, в какао), приправу карри (скорее всего, из-за куркумина, который в ней содержится), фолиевую кислоту и жирные кислоты омега-3. Помимо конкретных пищевых добавок, простое отсутствие пищи может улучшить когнитивные способности: некоторые данные свидетельствуют о том, что голодание и общее ограничение калорий может улучшить память у пожилых людей (1, 2).

Также в качестве когнитивных усилителей рассматриваются некоторые традиционные травы: например, шалфей. Когнитивные эффекты приписывают некоторым травам из традиционной китайской и индийской медицины, например, Бакопа Монье. Однако самые видные примеры таких традиционных азиатских фитотерапевтических средств до сих пор не смогли последовательно продемонстрировать положительное влияние на когнитивные функции у здоровых людей.

Другие варианты традиционного биохимического вмешательства включают в себя препараты, которые используются рекреационно и продемонстрировали потенциал для повышения определенных когнитивных функций. Например, никотин улучшает внимание и память, и даже алкоголь, несмотря на ухудшение многих когнитивных функций, может усиливать другие, такие как творческие процессы, или память (ретроактивно).

Общественность часто рассматривает в качестве усилителей когнитивных способностей различные фармацевтические препараты: синтетические стимуляторы и антидеменционные препараты. Они традиционно находятся в центре общественных дебатов по усилению когнитивных способностей. Однако доказательства их эффективности для усиления функции мозга и когнитивных функций у здоровых людей часто значительно ниже, чем предполагалось в теоретических дискуссиях. Важно отметить, что отсутствие объективного эффекта на когнитивные функции может сопровождаться значительным эффектом плацебо: например, пациенты, которые думали, что получали смешанные амфетаминовые соли, отмечали субъективное улучшение когнитивных способностей и даже демонстрировали незначительное объективное их повышение, независимо от фактического лекарства.

Фармакологические средства обычно конструируют для воздействия или симуляции некоторых нейротрансмиттеров, в качестве эффективных средств рассматриваются и вещества, которые влиют на передачу нервных импульсов, такие как адреналин, GABA, глюкокортикоиды, гормоны яичников и различные нейропептиды.

Дальнейшая биохимическая стратегия улучшения когнитивных функций заключается в изучении генетических модификаций, которые, как было показано, усиливают некоторые процессы обучения и памяти у животных.

В то же время достигнут прогресс в выяснении генетической основы когнитивных черт у людей, так что в будущем это может применить для разработки реальных технологий «повышения интеллекта».

Физические стратегии


В настоящее время очень широко обсуждаются физические стратегии для улучшения когнитивных способностей, в том числе ряд технологий стимуляции мозга.

В то время как когнитивные эффекты инвазивных методов, таких как глубокая стимуляция мозга, ограничены субъектами с патологическими состояниями, несколько форм предположительно неинвазивных стратегий стимуляции всё чаще используются на здоровых субъектах. Среди них методы электрической стимуляции:


Видимо, решающее значение детали процедур стимуляции: коммерческие самодельные электрические стимуляторы мозга могут ухудшать, а не улучшать когнитивные способности. Недавние исследования даже поставили под сомнение, что некоторые из наиболее часто используемых установок для электрической стимуляции мозга вообще имеют нейрофизиологически значимые эффекты. На этом фоне развитие неинвазивной глубокой стимуляции мозга путём темпоральной интерференции электрических полей может обеспечить более систематический и целенаправленный механизм по сравнению с используемыми в настоящее время подходами.

Кроме электрических методов стимуляции, применяются также транскраниальная магнитная стимуляция (TMS), оптическая стимуляция лазерами и несколько форм акустической стимуляции, таких как транскраниальная фокусированная ультразвуковая стимуляция, бинауральные ритмы, акустическая стимуляция тета-ритма ЭЭГ или медленных осцилляций ЭЭГ сна. Для всех этих методов сообщалось о потенциале улучшения когнитивных способностей.

Есть физические методы воздействия, которые более косвенно влияют на когнитивные способности. Среди них вибрации всего тела и несколько форм нейрофидбэка, например, нейрофидбэк ЭЭГ в верхнем альфа-диапазоне, улучшающий память, рабочую память и зрительно-пространственные навыки. Помимо классического нейрофидбэк-тренинга, включающего активные усилия субъекта, были разработаны также нейрофидбэк-вмешательства, автоматически реагирующие на низкоэнергетические токи в ответ на ЭЭГ-активность, тем самым позволяя субъекту проводить процедуру пассивно.

В последнее время использование нейрофизиологической обратной связи фМРТ, использующей многомерный анализ паттернов, показало потенциал для улучшения устойчивого внимания и зрительно-пространственной памяти.

Наконец, люди всегда применяли для улучшения когнитивных способностей разные физические инструменты. В современных разработках эти инструменты более тесно интегрируются с человеческим телом.

Краудфандинговые и биохакерские сообщества разработали многочисленные новые технические устройства для временного повышения когнитивных функций с помощью, например, носимых электронных устройств, гаджетов дополненной реальности, нейронных имплантатов или протезов. В контролируемых лабораторных условиях такие имплантаты могут улучшить человеческую память. Кроме того, интерфейсы мозг-компьютер соединяют центральную нервную систему с компьютерами через носимые или имплантированные электроды. Они открывают ряд возможностей для улучшения когнитивных функций или совместной работы человеческого мозга и компьютера.

Поведенческие стратегии


Хотя они обычно не признаются как таковые общественностью, но это когнитивные усилители с наиболее широким использованием и самой длинной историей. Быстро увеличивается объём доказательств, что повседневная деятельность, такая как сон или физические упражнения, серьёзно улучшает работу мозга.

Кроме того, хорошо зарекомендовавшие себя культурные мероприятия, такие как музыкальные уроки, танцы или изучение второго языка, показали значительное улучшение когнитивных способностей за пределами обучаемых навыков.

В дополнение к этим естественным и культурным стандартным действиям было разработано несколько поведенческих стратегий для преднамеренного усиления определенных функций мозга. Две стратегии, восходящие к древним временам, — это мнемонические техники для улучшения обучаемости и памяти, а также медитация для улучшения внимания. Относительно недавние разработки с аналогичным воздействием — коммерческие видеоигры и индивидуальные компьютерные программы обучения. Впрочем, после нескольких лет энтузиазма и широкого коммерческого применения, более поздние контролируемые исследования и мета-анализ поставили под сомнение эффективность программ компьютерного обучения мозга, особенно критикуя утверждения о передаче результатов обучения в когнитивные области, которые значительно отличаются от специально обучаемых навыков (1, 2).



Человеческий разум не является единообразной сущностью, а состоит из широкого спектра когнитивных функций. Неудивительно, что ни один когнитивный усилитель не улучшает все когнитивные функции. У каждого из них есть определённый профиль эффективности для различных когнитивных областей. Например, память сильно усиливается мнемоническими стратегиями, но не медитацией; внимание, в свою очередь, сильно усиливается тренировкой медитации, но не тренировкой мнемонических стратегий. Сон, напротив, усиливает обе когнитивные способности. Некоторые компьютерные тренинги улучшают память, скорость обработки и зрительно-пространственные навыки, но не исполнительные функции или внимание. В настоящее время активно обсуждается вопрос о том, насколько конкретные стратегии обучения влияют на передачу знаний в нетренированные когнитивные области.

Авторы научной работы считают, что и теоретические дискуссии, и эмпирические исследования в значительной степени выиграют от более дифференцированного подхода к улучшению когнитивных способностей. Конкретные вопросы можно акцентировать на определённых аспектах когнитивных улучшений по сравнению с другими, а для некоторых исследований определённые метрики могут быть совершенно неуместными.

Нужно понять, что улучшение работы мозга — не монолитное явление. Это поможет избежать путаницы и разногласий, которые всё ещё присутствуют в общественных дебатах по когнитивной стимуляции.
Tags:нейроанализвзлом мозганейроэтикапознаниепамятьрабочая памятьвниманиетворчество
Hubs: Cyberpunk Popular science Biotechnologies Health
+20
32.5k 127
Comments 74
Top of the last 24 hours