Исследователи улучшают умственную функцию человека с помощью стимуляции мозга

В пилотном исследовании на людях исследователи из Медицинской школы Университета Миннесоты и Массачусетской больницы общего профиля показали, что можно улучшить определенные функции человеческого мозга, связанные с самоконтролем и гибкостью ума, путем объединения искусственного интеллекта с целевой электрической стимуляцией мозга.

Алик Видж, доктор медицинских наук, доцент кафедры психиатрии и член Медицинской группы по изучению наркозависимости в Медицинской школе Университета М, является старшим автором исследования, опубликованного в журнале Nature Biomedical Engineering . Результаты получены в результате исследования на людях, проведенного в Массачусетской больнице общего профиля в Бостоне среди 12 пациентов, перенесших операцию на головном мозге по поводу эпилепсии — процедура, при которой сотни крошечных электродов размещаются по всему мозгу, чтобы зафиксировать его активность и определить, где происходят припадки.

В этом исследовании Видж сотрудничал с Сидней Кэшем из Массачусетской больницы общего профиля, доктором медицины, экспертом по исследованию эпилепсии; и Дарин Догерти, доктор медицины, эксперт в области клинической стимуляции мозга. Вместе они определили область мозга — внутреннюю капсулу — которая улучшала психические функции пациентов при стимуляции небольшим количеством электрической энергии. Эта часть мозга отвечает за когнитивный контроль — процесс перехода от одного образа мышления или поведения к другому, который нарушается при большинстве психических заболеваний.

«В качестве примера можно привести человека с депрессией, который просто не может избавиться от« застрявшей »негативной мысли. Поскольку она играет ключевую роль в психическом заболевании, поиск способа ее улучшения может стать новым мощным способом лечения этих болезней, «Сказал Видж.

Команда разработала алгоритмы, чтобы после стимуляции они могли отслеживать способности пациентов к когнитивному контролю, как по их действиям, так и непосредственно по их мозговой активности. Контролирующий метод обеспечивал усиление стимуляции всякий раз, когда пациенты становились хуже на лабораторных тестах когнитивного контроля.

«Эта система может считывать активность мозга,« декодировать »ее, когда пациент испытывает трудности, и применять небольшой импульс электрической стимуляции к мозгу, чтобы помочь ему преодолеть эту трудность», — сказал Видж. «Я часто использую аналогию с электрическим велосипедом. Когда кто-то крутит педали, но испытывает трудности, велосипед ощущает это и усиливает это. Мы сделали аналог этого для психических функций человека».

Исследование впервые показывает, что:

• Определенная психическая функция человека, связанная с психическим заболеванием, может быть надежно улучшена с помощью точно направленной электрической стимуляции;
• В структуре внутренней капсулы мозга есть определенные части, которые особенно эффективны для улучшения когнитивных функций; а также
• Алгоритм с обратной связью, используемый в качестве контроллера, был вдвое эффективнее, чем стимуляция в случайные моменты времени.

Некоторые пациенты помимо эпилепсии испытывали сильное беспокойство. Когда им давали стимулирующую когнитивную стимуляцию, они сообщали, что их тревожность уменьшилась, потому что они были в большей степени способны отвлечься от своих страданий и сосредоточиться на том, чего они хотели. Видж говорит, что это предполагает, что этот метод можно использовать для лечения пациентов с тяжелой и устойчивой к лекарствам тревожностью, депрессией или другими расстройствами.

«Это может быть совершенно новый подход к лечению психических заболеваний. Вместо того, чтобы пытаться подавить симптомы, мы могли бы дать пациентам инструмент, который позволяет им управлять своим собственным сознанием», — сказал Видж. «Мы могли бы вернуть их на место водителя и дать им почувствовать новое чувство свободы воли».

Команда исследователей сейчас готовится к клиническим испытаниям. Поскольку цель по улучшению когнитивного контроля уже одобрена Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для глубокой стимуляции мозга, Видж говорит, что это исследование может быть выполнено с помощью существующих инструментов и устройств — после того, как испытание будет официально одобрено — и перевод этой помощи на текущая медицинская практика может быть быстрой.

«Самое замечательное в этих результатах заключается в том, что теперь мы можем проводить клинические испытания, чтобы еще больше продемонстрировать эффективность, а затем, надеюсь, перейти к оказанию помощи устойчивым к лечению пациентам, которые отчаянно нуждаются в дополнительных вмешательствах для лечения своих болезней», — сказал Догерти.

Эта работа была поддержана грантами Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) в соответствии с соглашением о сотрудничестве № W911NF-14-2-0045, выданным подрядным офисом Организации армейских исследований (ARO) в поддержку программы DARPA SUBNETS, Национальных институтов здравоохранения. , Фонд Эллисона, Фонд Tiny Blue Dot, Исполнительный совет MGH по исследованиям, Институт OneMind и группа MnDRIVE и Medical Discovery по инициативам по борьбе с зависимостью в Медицинской школе Университета Миннесоты.