Rytmisk elektrisk stimulation af hjernen kan skærpe de kognitive funktioner

I mange årtier har psykologi- og neurovidenskabelige forskere som mig selv haft stor interesse i at afdække, hvordan man kan forbedre en persons mentale evner.

Fra at forbedre opmærksomheden i risikofyldte miljøer, som regulering af flytrafik, til at genoplive hukommelsen hos mennesker med demens kan evnen til at forbedre de kognitive funktioner have vidtrækkende konsekvenser.

Ny forskning indikerer, at hjernestimulation kan hjælpe os med at nå i mål med at skærpe de mentale funktioner.

På Reinhart Lab ved Boston University har mine kolleger og jeg undersøgt effekterne af en ny hjernestimulationsteknologi, tACS, som står for transcranial alternating current stimulation (transkraniel vekselstrømsstimulation), på forskellige mentale funktioner hos patienter og raske personer.

I løbet af forsøget bærer deltagerne en elastisk hætte indlejret med elektroder, der leverer svage elektriske bølger, der oscillerer ved bestemte frekvenser på deres hovedbund.

Ved at anvende disse kontrollerede elektriske bølger til specifikke hjerneområder er det muligt at ændre hjerneaktiviteten ved at tilskynde neuronerne til at affyre rytmisk.

Får hjerneceller til at kommunikere effektivt

Hvorfor gør neuronernes rytmiske affyring gavn? Forskning indikerer, at hjernecellerne kommunikerer effektivt, når de koordinerer rytmen i deres affyring.

Hjerneaktivitetens rytmiske mønstre viser markante abnormiteter ved neuropsykiatriske sygdomme.

Formålet med tACS er eksternt at inducere rytmisk hjerneaktivitet, der fremmer sunde mentale funktioner, især når hjernen måske ikke er i stand til at producere disse rytmer på egen hånd.

Men tACS er en forholdsvis ny teknologi, og det står stadig ikke helt klart, hvordan den virker.

Om teknologien kan styrke eller genoplive hjernens rytmer for at ændre de mentale funktioner har været et meget debatteret emne inden for hjernestimulation.

Selvom en del studier finder tegn på forandringer i hjerneaktiviteten og de mentale funktioner med tACS, indikerer andre, at de bølger, der typisk bruges til mennesker, er for svage til at have en direkte effekt.

Største og mest omfattende meta-analyse

Når man står over for modstridende data i den videnskabelige litteratur, kan det være nyttigt at udføre en type undersøgelse kaldet en meta-analyse, der kvantificerer, hvor konsistent evidensmængden er på tværs af flere studier.

En tidligere meta-analyse udført i 2016 fandt lovende evidens for brugen af tACS til at ændre mentale funktioner. Antallet af studier er dog mere end fordoblet siden da. Designet af tACS-teknologierne er også blevet mere og mere sofistikeret.

Vi satte os for at udføre en ny meta-analyse af studier, der bruger tACS til at ændre mentale funktioner.

Så vidt vi ved, er dette arbejde den hidtil største og mest omfattende meta-analyse om dette emne, med flere end 100 publicerede studier med i alt flere end 2.800 menneskelige deltagere.

Konsekvent og øjeblikkelig forbedring

Efter at have sammenstillet flere end 300 mål for mentale funktioner på tværs af alle studierne observerede vi en konsekvent og øjeblikkelig forbedring af de mentale funktioner med tACS.

Da vi undersøgte specifikke kognitive funktioner, som hukommelse og opmærksomhed, observerede vi, at tACS producerede de stærkeste forbedringer i de eksekutive funktioner eller evnen til at tilpasse sig i lyset af ny, overraskende eller modstridende information.

Vi observerede også forbedringer i evnen til at være opmærksom og til at huske information i både korte og lange perioder. Tilsammen indikerer disse resultater, at tACS især kan forbedre specifikke former for mentale funktioner, i hvert fald på kort sigt.

For at undersøge effektiviteten af tACS for personer, der er særligt sårbare over for forandringer i deres mentale funktioner, undersøgte vi data fra studier, der omfattede ældre voksne og personer med neuropsykiatriske tilstande.

Pålidelig evidens for forbedringer

I begge populationer observerede vi pålidelig evidens for forbedringer i de kognitive funktioner med tACS.

Nok så interessant fandt vi også, at en specialiseret type tACS, der kan målrettes to hjerneregioner på samme tid og manipulere, hvordan de kommunikerer med hinanden, både kan forbedre eller reducere de kognitive funktioner.

Denne tovejseffekt på de mentale funktioner kan være særlig nyttig i klinikken.

For eksempel kan visse psykiatriske tilstande som depression involvere en reduceret evne til at behandle belønning, mens andre som bipolar lidelse kan involvere et meget aktivt belønningsbehandlingssystem.

Stærkere, langvarige forbedringer

Hvis tACS kan ændre de mentale funktioner i begge retninger, kan forskerne muligvis udvikle fleksible og målrettede design, der imødekommer specifikke kliniske behov.

Udviklingen inden for tACS bringer forskerne tættere på at være i stand til sikkert at forbedre mentale funktioner på en ikke-invasiv måde, der ikke kræver medicinering.

Nuværende statistisk evidens på tværs af forskningslitteraturen indikerer, at tACS-teknologien lever op til løftet, og forbedring af designet kan hjælpe med at producere stærkere, langvarige forandringer i de mentale funktioner.

Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.