Стимуляция мозга лазером улучшила рабочую память людей

Исследователи из Великобритании, Китая и США показали, что если стимулировать правую префронтальную кору людей лазером, кратковременная память улучшается. В экспериментах авторы использовали свет с длиной волны 1064 нанометра — более короткие волны не повлияли на запоминание. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Рабочая память позволяет нам держать в уме информацию, пока мы с ней работаем. Емкость рабочей памяти индивидуальна, но снижается с возрастом и при некоторых расстройствах: синдроме дефицита внимания и гиперактивности, шизофрении, болезни Альцгеймера. Для улучшения когнитивных способностей, в том числе для повышения емкости и производительности памяти в последние десятилетия используют неинвазивную стимуляцию мозга. Например, транскраниальную электрическую или магнитную стимуляцию конкретных областей. Это повышает функциональную связь между областями мозга и влияет на нейронную активность.

Воздействовать на мозг можно не только током или магнитами, но и светом. Такая технология называется транскраниальной фотобиомодуляцией (tPBM). Предыдущие исследования показали, что стимуляция лазерным излучением улучшает рабочую память у мышей. А у людей tPBM может повысить точность и скорость реакции и улучшить внимание. Согласно одному предположению, дело в том, что tPBM модулирует работу митохондрий. Это энергетические станции клеток, там синтезируются молекулы АТФ. В итоге у нейронов больше энергии и из-за этого больше разных процессов может происходить.

Теперь ученые из Пекинского педагогического университета и Бирмингемского университета под руководством Ян Суна (Yan Song) показали, что визуальная рабочая память людей увеличивается, когда светом воздействуют на правую префронтальную кору. Исследователи провели двойные слепые фиктивно контролируемые tPBM-эксперименты с участием 90 студентов разного пола в возрасте от 18 до 25 лет. Треть участников дважды — с разницей в неделю — подвергалась воздействию либо настоящего лазерного излучения с длиной волны 1064 нанометра на область правой префронтальной коры, либо фиктивного (ученые просто делали вид, что лазер работает). После стимуляции участникам показывали изображения фигур, и они должны были запомнить особенности этих фигур: в одном случае ориентацию, в другом — цвет, а затем воспроизвести. На остальных студентах ученые проверяли, как влияет на рабочую память стимуляция левой префронтальной коры или стимуляция светом с длиной волны 852 нанометра.

Фотобиомодуляция 1064-нанометровыми волнами правой префронтальной коры в течение двенадцати минут увеличила емкость рабочей памяти как в задаче с ориентацией, так и в задаче с цветом — и это не зависело от того, низкой или высокой была емкость памяти изначально. Емкость памяти (K) авторы рассчитывали по стандартной формуле: K = S × (H — F), где S — размер массива (общее количество фигур), Н — наблюдаемая частота попадания, а F — частота ложных тревог. Так, участники, которые получили настоящую tPBM, запоминали в среднем 4-5 объектов, а остальные — 3–4. Другие способы терапии (фиктивная, с другой длиной волны и целевой областью) улучшения памяти не вызвали.

Пока студенты выполняли задания, ученые с помощью электроэнцефалографии отслеживали, как меняется их мозговая активность. В качестве показателя объема памяти использовали показатель CDA (contralateral delay activity — активность контралатеральной задержки). Чем больше элементов вмещает в себя память — тем больше амплитуда CDA. В какой-то момент достигается предел емкости рабочей памяти и CDA прекращает расти. Емкость рабочей памяти можно определить, рассчитав разницу между амплитудами CDA с заданными размерами S = 2 и S = 4 элемента. В среднем эта разница была выше, когда мозг участников стимулировали с помощью лазера, чем когда стимуляция была фиктивной. Авторы считают, что эти изменения предсказывают и даже опосредуют увеличение объема рабочей памяти, наблюдаемое в поведенческих экспериментах.

Почему стимуляция лазером оказывает такой эффект, сказать пока трудно. Согласно недавним исследованиям, tPBM увеличивает гемодинамическую активность во всей корковой области (то есть мозг лучше насыщается кислородом) и связь между правой частью префронтальной коры и теменными областями. Все это может помогать мозгу работать лучше и больше запоминать.

Авторы отмечают, что у лазерной терапии нет побочных эффектов, она неинвазивна, доступна и не вызывает никаких физических ощущений. Но пока неясно, как долго длится улучшение — стимулировать память лазером имеет смысл только в случае долгосрочных эффектов. Например, когда ученые улучшили память пожилых людей с помощью транскраниальной электрической стимуляции, эффект держался как минимум месяц.