Dobrovolník s čelenkou s elektrodami elektrického stimulátoru.

V listopadovém čísle časopisu Current Biology se objevil článek, ve kterém kolektiv mladých vědců popisuje účinky slabého elektrického proudu na lidské schopnosti. Zákrok prý nemá dopad na jiné kognitivní funkce.  I když v úmyslech autorů není nějaké přepínání člověka do „modu Einstein“, i malé vylepšení matematických schopností se pro mnohé stane hodně lákavou vidinou. Zvláště když autoři prozradili, že vše dělali na dobrovolnících z „normální“ populace a ne na pacientech.

Cohen Roi Kadosh z University of Oxford: „Rozhodně nejde o to, že bychom chtěli začít dávat elektrošoky všem kolem na potkání. Především máme na mysli to, že než se začne mozková nedostatečnost, způsobená například zmíněnou dyskalkulií, léčit jinými způsoby, měla by se provádět stimulace mozku proudem.“

Myšlení z pohledu zpracování informací
Z mnoha informací, které se na nás valí, se jen malý počet stane vědomou zkušeností.  Mozek totiž selektuje co pustit dál a informace, které projdou sítem kortexu se ještě zpracovávají v neokortexu.  Hovoříme o vytváření map, nebo chcete-li obrazů světa v neuronálním kódu. Jsou odrazem našeho života a jde o společné dílo vzniklé zapojením obrovských populací neuronů, neuronálních sítí.  Náš vnitřní „svět map“ vzniká posilováním síly synaptických spojení. Dochází k tomu ale jen když se současně vyskytnou dvě a více informací. Synaptické spoje se posilují zvýšením výdeje nervového přenašeče (neurotransmiteru) a zesílením citlivosti receptorů. V konečné fázi i morfologickou přestavbou synapsí. Lepší než mnoho slov bývá příklad: Když uslyšíme „Tady je to pivečko, pánové“, současně spatříme zlatavý mok a v ústech se nám rozhostí lahodná chuť -  vytvoří se nám jednoduchá mapa, protože se nám sesíťují neurony aktivované sluchem, zrakem a chutí. Když se  dostaneme do situace, že potřebujeme zpracovat nějaké další informace, aktivuje se nám mapa, která je nejblíže dané situaci. Tu nám určuje takzvaný vzorec, což je souhrn charakteristik pro danou mapu. Příklad by vypadal následovně: Veškerý text tohoto článku je realita.  Mapou je abstrakt a jako vzorec pro aktivaci mapy by sloužila klíčová slova.

Zvětšit obrázek

Umělé číslice - znaky použité pro početní úkony v tomto pokusu. Jejich reálné ekvivalenty jsou uvedeny ve spodním řádku.

Jádro pudla
Mapy nám do šedi našich mozků maluje celá řada „kartografů“. Těm hlavním, systémovým, se říká excitační (glutamátergní) a inhibiční (gabaergní). Jak excitační, tak inhibiční systém pracují prostřednictvím receptorů, které jsou nasměrovány proti ústí kanálků - iontových kanálků. A právě tato místa jsou ta, která elektrický proud ovlivňuje. Přišlo se na to u zvířat. Dlouhodobé vystavení  mozků účinkům proudu ovlivnilo syntézu proteinů v neuronech a modifikaci nitrobuněčného AMP (adenosinmonofosfátu). AMP je látka, kterou buňky využívají jako nitrobuněčného posla, který umí aktivovat enzymy.  Kromě toho se působením proudu mění koncentrace vápníku v buňkách a to zase spolurozhoduje o výši akčního potenciálu buňky. Podrobněji jsme o tom psali v článku „Blikající neurony“.  
Má se za to, že právě tyto změny vedou k jevu, který se popisuje jako „dlouhodobé nabuzení“ neuronu elektrickým proudem. Proces vedení vzruchu byl zkoumán i metodou magnetické rezonanční spektroskopie. Ta si všímá změn na úrovni molekul. Potvrdila, že anodová stimulace snižuje spontánní nervovou aktivitu - je gabaergní. Opakem je katodová, neboli glutamátergní stimulace. Ovlivňování těchto aktivit zřejmě stojí i za pozorovaným léčivým účinkem elektrického proudu na mozek schizofreniků. U těch jde o nemoc způsobenou špatnou funkcí glutamátergního systému. Pokud jim do mozku pustíme proud, tak ten nervovým buňkám glutamátové receptory utlumí. A to je zřejmě to, co nemocným pomáhá.  

Zvětšit obrázek

Který z obrázků v levém sloupci je matematicky i sémanticky správný? Jeden z řešených úkolů. Pro vás je pro zjednodušení uveden i přepis znaků – pravý sloupec.

„Promývání“ mozku

Zvětšit obrázek

Úspěšnost učení jednotlivých skupin je vyjádřena klesajícím reakčním časem. Modrá – skupina, která měla katodu zapojenou na pravé straně hlavy. Červená – skupina s katodou na levé straně hlavy. Černá – skupina, která měla na hlavě elektrody do nichž žádný proud netekl. Další podrobnosti ZDE.

Metodě vylepšování matematických mozkových schopností se odborně říká transkraniální stimulace a je známa pod zkratkou TDCS (transcranial direct current stimulation). Do mozku se při ní pouští slabý stejnosměrný proud. Tvrdí se, že lenivé buňky mozku popožene, a když se směr proudu otočí, tak je utlumí.  Jde o neinvazivní metodu při níž se do mozkových závitů nic nezavádí. Sada elektrod o průměru okolo 10 mm se jen přikládá na kůži v místech, kde jsou umístěny čelní mozkové laloky. U anody dochází ke stimulaci neuronů, katoda excitace tlumí. Čím blíže neurony elektrodě jsou, tím je efekt větší. Stimulaci dobrovolníkům vědci prováděli na začátku každé výukové lekce. Do elektrod se pouštěl proud o síle jednoho miliampéru po dobu 20 minut. Lekce se opakovaly sedmkrát a učení zabralo týden.

Paradigma
Angličané ve svém pokusu zkombinovali mozkovou stimulaci s učením paradigmatu  - zcela nově vymyšlených znaků, pomocí kterých lidští pokusní králíci řešili matematické úkoly. Prakticky šlo o umělé číslice. Pro mozek je učení nových znaků podobným podnikem jako je biflování se novým slovíčkům z cizího jazyka. V obou případech to je záležitost čelních laloků. Pod jejich taktovkou je i matematické myšlení.  Do pokusu byli přijati dobrovolníci s normálními matematickými schopnostmi. Jejich úkoly byly v podstatě banální a šlo v nich o učení se novým věcem a řešení jednoduchých matematických rébusů. Vymyšlené symboly se používají proto, že umožňují metodu standardizovat a že nikdo předem nemá možnost se s něčím podobným setkat a nabýt zkreslující zkušenosti. Vyhodnocení testů se provádí zaznamenáváním času potřebných k vyřešení úloh.
Nejlepších výsledků dosahovaly pokusné osoby tehdy, když jim anodu umístili na pravou stranu a katodu na stranu levou. Zřejmě to souvisí s tím, že pravá strana je považována za sídlo matematického a abstraktního myšlení. Opačnou polaritu proudu vědci na svých ovečkách také zkoušeli, působilo to ale kontraproduktivně. Učení této skupiny se zhoršilo a nebo byly výsledky srovnatelné se skupinou kontrolní.  Správná stimulace ale zlepšovala účastníkům schopnost se učit a numerické úkoly řešili rychleji, vytrvalo jim to 6 měsíců.

Hokus pokus, ale myšlenka geniální

Zvětšit obrázek

Methylfenidát (Ritalin). Chemie, kterou lze vylepšit výkon mozku se na mnoha školách již zabydlela. Produkce účinné látky závratně stoupá a dnes ji můžete koupit pod označením: Ritalin®, Ritalina®, Rilatine®, Ritalin LA®, Attenta®, Concerta®, Metadate®, Methylin®, Rubifen®, Focalin®,…

Pětice výzkumníků neudělala nic převratného. Pracovala deset let starou metodou a prakticky jen opakovala, co již udělali jiní. Slávu Angličanům přineslo to, že do svých pokusů zlanařili „normální“ lidi. Proto nyní mohou do světa hlásat, že jejich metodou lze vylepšit schopnosti zdravého člověka a to je to, co veřejnost zajímá. I když autoři tvrdí, že nezamýšlejí nadupávat mozky maturantům a ani nic podobného, bylo by naivní si myslet, že jednoduché vylepšení průměrných schopností, zůstane dlouho stranou zájmu různých kutilů. Zcela jistě také větří privátní zdravotnická zařízení, která by v rámci kosmetických úprav vizáže mohla v rámci jednoho sezení nabídnout i vylepšení počtů. Jistě k tomu přispěje i to, že se autoři nechali slyšet, že nepozorovali žádné negativní dopady na pokusné osoby.

Budou učitelky matematiky začínat hodinu slovy: „A teď si nasadíme helmy, žáci.“ ?

Nedávné zkušenosti s Ritalinem už ukázaly, co si lid žádá. Lék, který dělá něco podobného, jde na dračku a to i přesto, že jeho vliv je nepatrný a navíc má celou řadu vedlejších účinků. Zhoršuje ostrost vidění, výjimkou nejsou ani motorické tiky, závratě, třesavka a halucinace.
Zkusme ale věřit anglickým autorům, že v případě transkraniální stimulace zatím zůstane jen u dalšího testování účinků proudu, přičemž tentokrát se testy ze zdravých lidí přesunou na pacienty. Konkrétně na ty, které mají vážné problémy a nejsou například schopny základních početních úvah, nechápou údaje uvedené na potravinách anebo si neumí spočítat drobné v supermarketu. 

Jakou dát presentovaným výsledkům váhu?
Na to se názory různí. Faktem je, že jde o závěry ze souboru pouhých patnácti osob a že zlepšení výsledků v testech je nepatrné. Na druhé straně nutno přiznat, že existuje již několik studií, které potvrzují, že po aplikaci proudu dochází k rychlejší rekonvalescenci pacientů s mozkovými příhodami. Očekávat zázraky se asi nedají. Časem se také mohou objevit zatím nepozorované nežádoucí účinky. Bylo by však dobré, kdyby to byla další cesta jak některé lidi zbavit depresí a vrátit jim normální život. Některé odhady totiž kalkulují s tím, že 20 % populace trpí nějakou poruchou abstraktního myšlení a počtářskou nedostatečností. 

Články s informacemi o této metodě jsou obdařeny dovětkem, že popsaná mozková stimulace elektrickým proudem není návodem k léčbě, ani doporučením k jejímu praktikování.

Pramen: Current Biology