Электростимуляция мозга в виртуальной реальности улучшает память

Исследователи Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) объединили виртуальную реальность, неинвазивную стимуляцию мозга и передовые методы визуализации мозга, чтобы улучшить пространственную навигацию у здоровых людей. Это исследование — первый шаг к решению проблемы деменции у стареющего населения без лекарств или хирургического вмешательства.
Электростимуляция мозга в виртуальной реальности улучшает память
Куда я попал? Наверно, это виртуальная реальность. Unsplash
С возрастом нам становится все труднее запоминать, где что находится — будь то воспоминания о том, где мы оставили ключи или где припарковали машину. Пространственная память еще больше ухудшается с наступлением деменции. Огромные усилия сосредоточены на поиске лекарственных препаратов, но можно попробовать стимулировать сам мозг, чтобы он заново научился вспоминать.

Ученые из двух лабораторий EPFL объединили усилия, чтобы дать толчок исследованию пространственной памяти и разработке методов ее восстановления. Ученые создали экспериментальную установку, сочетающую неинвазивную стимуляцию глубоких отделов мозга, обучение в виртуальной реальности и фМРТ-изображения — все это находится в Campus Biotech в Женеве.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Работа, опубликованная в журнале Science Advances, демонстрирует, что целенаправленное, безболезненное электрическое воздействие на гиппокамп и прилегающие структуры, — глубокую область мозга, связанную с памятью и пространственной навигацией, может улучшить способность мозга запоминать местоположение и более эффективно ориентироваться.

«Найдя способ улучшить пространственную память без хирургического вмешательства или медикаментов, мы решаем серьезную проблему для большой и растущей популяции: пожилых людей, а также пациентов с черепно-мозговыми травмами и страдающих деменцией», — говорит соавтор работы Фридхельм Хуммель.

Комбинация нейротехнологий

Постановка эксперимента. (A) Задача пространственной навигации. Каждый блок начинался с периода кодирования, в течение которого участникам последовательно предъявляли три объекта в определенных местах и просили запомнить их положение. После многократного кодирования каждого объекта на этапе извлечения показывалась подсказка с изображением одного из объектов, и участник должен был сориентироваться, где находится объект. (B) Концепция темпоральной интерференционной стимуляции. Две пары электродов размещаются на голове и подают два высокочастотных тока I1 и I2 с частотой f1 и f2 = f1 + Δf, соответственно. В нижней части панели показана комбинация двух полей с высокой огибающей модуляции внутри целевой области и низкой огибающей модуляции снаружи. (C) Протоколы тета-всплесков.
Постановка эксперимента. (A) Задача пространственной навигации. Каждый блок начинался с периода кодирования, в течение которого участникам последовательно предъявляли три объекта в определенных местах и просили запомнить их положение. После многократного кодирования каждого объекта на этапе извлечения показывалась подсказка с изображением одного из объектов, и участник должен был сориентироваться, где находится объект. (B) Концепция темпоральной интерференционной стимуляции. Две пары электродов размещаются на голове и подают два высокочастотных тока I1 и I2 с частотой f1 и f2 = f1 + Δf, соответственно. В нижней части панели показана комбинация двух полей с высокой огибающей модуляции внутри целевой области и низкой огибающей модуляции снаружи. (C) Протоколы тета-всплесков.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado4103
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследование стало результатом сотрудничества между лабораторией Хуммеля и лабораторией когнитивной нейронауки Олафа Бланке из института Neuro X EPFL. Объединив опыт Хуммеля в области неинвазивной стимуляции мозга с когнитивными исследованиями Бланке в области пространственной навигации в среде виртуальной реальности, исследователи разработали уникальную нейротехнологическую установку.

Эксперимент начинается с того, что исследователи помещают четыре безопасных и безболезненных электрода на головы здоровых людей, чтобы стимулировать гиппокамп и прилегающие структуры.

Эта неинвазивная техника, называемая транскраниальной временной интерференционной электростимуляцией (tTIS), посылает целенаправленные импульсы в мозг, не причиняя участнику никакого дискомфорта. Затем добровольцев погружают в виртуальный мир с помощью очков виртуальной реальности. Ученые предлагают участникам сориентироваться в незнакомом месте и запомнить ключевые маркеры.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Схема работы транскраниальной временной интерференционной электростимуляции.
Схема работы транскраниальной временной интерференционной электростимуляции.
https://www.nature.com/articles/s41386-023-01682-5

Виртуальная среда позволяет исследователям точно измерить, насколько хорошо участники могут запоминать и ориентироваться в пространственной информации, получая tTIS.

«При применении стимуляции мы наблюдали явное улучшение времени припоминания, которое требовалось участникам, чтобы начать двигаться к месту, где, как они запомнили, располагается объект», — говорит соавтор работы Елена Бинато. — «Это говорит о том, что, стимулируя гиппокамп, мы временно повысили пластичность мозга, что в сочетании с обучением в виртуальной среде приводит к улучшению пространственной навигации».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Весь эксперимент проводился в фМРТ-сканере. Это позволило исследователям получать изображения активности мозга в режиме реального времени и следить за тем, как гиппокамп и окружающие его области реагировали на tTIS во время выполнения заданий по пространственной навигации.

Данные фМРТ выявили изменения в нейронной активности, связанные с наблюдаемыми поведенческими изменениями, в частности в областях, отвечающих за память и навигацию, что позволило исследователям глубже понять, как неинвазивная стимуляция модулирует работу мозга.

«Союз tTIS, виртуальной реальности и фМРТ предлагает высококонтролируемый и инновационный подход к изучению реакции мозга на стимуляцию и ее влияния на когнитивные функции», — говорит Олаф Бланке. — «В долгосрочной перспективе мы планируем использовать этот подход для разработки целевой терапии для пациентов, страдающих от когнитивных нарушений».