Электромагнитные импульсы против старения мозга: нижегородский эксперимент

С возрастом мозгу человека может понадобиться больше времени, чтобы понять происходящее, оценить ситуацию и принять решение. Иногда речь идет о долях секунды, но именно их может не хватить, чтобы увернуться от движущегося предмета, вовремя затормозить или среагировать на неожиданную ситуацию.

Можно ли заставить мозг работать быстрее? И можно ли повлиять на те процессы, которые с возрастом начинают замедляться? Ответы на эти вопросы ищет научная группа нижегородского университета "НЕЙМАРК".

Исследование рассчитано на три года и должно завершиться в 2028 году. Сейчас ученые находятся на первом этапе: утвержден протокол эксперимента, идет набор участников и подготовка программ для обработки данных.

"Нас интересует важнейший процесс в жизни - принятие решений. Скорость, с которой человек воспринимает информацию, обрабатывает ее и принимает решение, с возрастом снижается. Мы хотим понять, какие именно изменения происходят в мозге и можно ли на них целенаправленно воздействовать", - говорит руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Центра нейроморфных вычислений Никита Григорьев.

Про принятие решений

Когда человек видит, например, летящий в его сторону предмет, мозг должен проделать огромную работу, чтобы принять решение что с этим сделать. Сначала получить информацию от глаз, затем обработать ее, определить направление движения, оценить ситуацию и только после этого дать команду мышцам.

На все это уходят мгновения, но исследователям важно понять, где именно с возрастом возникает задержка, ведь замедление может быть связано как с обработкой самой картинки, так и с более сложным процессом - принятием решения.

Для упрощения исследования, ученые разделяют процесс принятия решения на две части: простую (низкоуровневую), когда идет обработка сенсорного сигнала и подготовка двигательной реакции, и сложную (высокоуровневую), связанную непосредственно с накоплением информации и выбором решения.

Предположение исследователей состоит в том, что эти процессы стареют неодинаково. Более простые механизмы могут начинать замедляться довольно рано, тогда как заметные изменения в сложных когнитивных действиях явно проявляются только в пожилом возрасте.

Чтобы увидеть эту разницу, ученые будут сравнивать три группы людей, где возраст участников разнится от 18 до 44 лет, от 45 до 59 лет и от 60 до 89 лет. В каждой группе планируется собрать данные как минимум о 30 участниках.

Испытуемым предложат несложную на первый взгляд задачу. Им необходимо будет смотреть на экран со множеством точек, движущихся в разные стороны. В какой-то момент часть из них начнет двигаться в одном направлении, и человеку нужно будет понять это и зафиксировать. Задача кажется почти детской, но для исследователей это удобный способ заглянуть в механизм принятия решений.

Участник исследования смотрит на экран с множеством точек, двигающихся в разные стороны. Фото: Пресс-служба университета

Наблюдения недостаточно

Во время эксперимента участник будет выполнять задание, а активность его головного мозга будет регистрировать специальная система электродов - электроэнцефалограф. Проще говоря, ученые смогут увидеть, какие изменения происходят в голове в тот момент, когда человек получает сигнал, обрабатывает его и дает ответ, нажимая на кнопку.

Затем эти данные сопоставят со временем реакции и количеством правильных ответов. Математическая модель поможет разделить общее время на отдельные этапы и определить, какой из них занимает больше времени у людей разных возрастов. Это принципиально важный момент. Если просто сравнить записи активности мозга двух людей и обнаружить различия, еще нельзя сказать, что именно эти различия стали причиной более медленной реакции.

"Недостаточно просто увидеть, что у двух возрастных групп различается активность мозга. Нужно понять, какое именно изменение связано с конкретным этапом принятия решения и действительно ли воздействие на эту систему способно изменить поведение", - объясняет Никита Григорьев.

Стимуляция вместо операции

После наблюдения начнется следующий этап - воздействие. Для этого ученые используют транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС). Звучит сложно, но принцип относительно прост. Рядом с головой располагают специальную катушку, через которую проходит быстро меняющийся электрический ток, создающий магнитное поле. Оно воздействует на активность нервных клеток в определенной области мозга, никаких операций и имплантов при этом не требуется.

Исследователи сначала выяснят, какие области мозга особенно важны для выполнения задания и где заметнее всего различия между возрастными группами. Затем будут воздействовать на выбранные участки электромагнитными импульсами и смотреть, изменится ли результат.

Участники выполняют специальное задание в рамках исследования Фото: Пресс-служба университета

Причем ученые не собираются ограничиваться одним сеансом. На третьем году проекта основное внимание уделят пожилым участникам. Им проведут серию стимуляций, чтобы выяснить, сохраняется ли полученный эффект.

"Если после одного сеанса человек начнет выполнять задачу немного лучше, это еще не означает, что мы нашли способ коррекции возрастных изменений. Нам необходимо добиться воспроизводимости эффекта и понять, сохраняются ли изменения при регулярных сеансах", - подчеркивает Никита Григорьев.

Для чистоты эксперимента участников разделят на группы. Одни получат настоящую стимуляцию, другие - нет, а третьи пройдут процедуру, максимально похожую на настоящую, но без активного воздействия на мозг. Это позволит понять, связан ли результат именно со стимуляцией, а не просто с тем, что человек обучился выполнять одну и ту же задачу.

От лаборатории к устройству

Кроме исследования механизмов старения мозга у проекта есть и инженерная цель. К концу работы команда рассчитывает создать прототип системы, которая объединит сразу несколько технологий. Она должна одновременно регистрировать активность мозга, оценивать скорость принятия решений, определять нужную область для воздействия и управлять процедурой стимуляции. Иными словами, речь идет о попытке пройти путь от эксперимента до работающего технологического решения.

Исследование стало продолжением работы научной группы в области нейроинтерфейсов и изучения процессов принятия решений. Работы проводятся благодаря победе Нижегородского университета "НЕЙМАРК" в конкурсе Российского научного фонда. Размер грантовой поддержки составляет 21 млн рублей, а также дополнительного финансирования в объеме 14 млн рублей.

В команде есть специалисты по изучению мозга, математическому моделированию, обработке сигналов, машинному обучению и разработке нейротехнологий. В работе участвуют молодые ученые, магистранты и аспиранты. Для части студентов исследование станет основой выпускных работ.

"Самое сложное в научном исследовании - правильно интерпретировать результаты. Правильно - значит не превращать действительное в желаемое. Мы должны получить данные, сопоставить их с результатами других научных групп и только после этого сделать обоснованный вывод", - говорит руководитель проекта.

Если гипотеза подтвердится, следующим шагом может стать создание полноценных систем когнитивной реабилитации. Но до этого еще предстоит пройти все этапы экспериментов, собрать данные и убедиться, что мозг действительно способен "перенастроиться" не только на несколько минут, но и на более продолжительное время.

Пока же исследование только набирает обороты и ученые пытаются понять, где именно в мозге возникает та самая задержка, которая однажды заставляет нас реагировать чуть медленнее.