Técnica de aceleração do cérebro comprovada para aprimorar o aprendizado e a memória

Todo mundo poderia usar um boné do tDCS em 5 a 10 anos, afirma um cientista de renome.

Homem com um boné do tDCS.Crédito: Getty Images.

Já escrevi vários artigos sobre estimulação cerebral, um tópico que me fascina. Um em particular era sobre um projeto da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA). Esta é a ala de P&D do Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD). No estudo anterior, os cientistas da DARPA empregaram estimulação elétrica do cérebro por meio de implantes para ajudar aqueles que sofreram uma lesão cerebral traumática (TBI), a recuperar alguma memória e capacidade de aprendizagem. Outros programas buscam acelerar o aprendizado e aumentar o desempenho em humanos normais e saudáveis.



homem no mapa dos estados unidos

Imagine minha surpresa quando um cientista trabalhando em um projeto da DARPA me enviou um e-mail sobre um estudo empolgante, publicado recentemente na revista Biologia Atual . Sendo um jornalista decente, acompanhei um tal Dr. Praveen Pilly, de Laboratórios HRL em Malibu, Califórnia. Ele e colegas da Universidade McGill em Montreal e Soterix Medical em Nova York, têm trabalhado no DARPA Restaurando Memória Ativa (RAM) programa. Atualmente, eles estão se concentrando no programa DARPA Replay.



O DARPA RAM foi criado para ajudar a atender as centenas de milhares de militares e milhões de civis que sofrem de TBI. A DARPA queria um dispositivo implantável para ajudar a restaurar a memória para esses sofredores. Isso significaria uma cirurgia no cérebro para implantação. O Dr. Pilly aos poucos os convenceu de que um método não invasivo era igualmente útil.



Dr. Praveen K. Pilly, investigador principal do estudo DARPA RAM. Crédito: HRL Laboratories.

Agora o Dr. Pilly também está trabalhando no programa RAM Replay da DARPA. Isso funciona com adultos normais e saudáveis. O ponto é acelera a aprendizagem e melhora a formação da memória modulando “replays” neurais durante o sono. Neste estudo DARPA RAM publicado, Pilly e colegas usaram estimulação transcraniana por corrente contínua (tDCS) em macacos. Aqui é onde corrente elétrica de baixo nível é aplicado ao cérebro por meio de eletrodos colocados em áreas estratégicas do couro cabeludo.

Alguns estudos mostraram que tDCS pode melhorar a memória verbal e cognição . E um pequeno estudo descobriu que pode melhorar retenção matemática . A pesquisa até sugeriu que a ETCC pode ser útil no tratamento de condições como depressão, mal de Parkinson e dor crônica.



O Dr. Pilly disse que o objetivo era verificar se havia uma base neural para a ETCC. No ano passado, no meio da conferência anual da Cognitive Neuroscience Society, György Buzsáki da NYU, lançar dúvidas sobre se tDCS poderia de fato alterar o comportamento. Em seu estudo, Buzsáki conectou um cadáver a 200 eletrodos. Ele também colocou sensores dentro do crânio. Mas eles falharam em detectar qualquer mudança no pico neural.

O crânio e a pele da cabeça desviam 90% da eletricidade emitida, descobriu o estudo da NYU. O motivo para Pilly era óbvio. Não é qualquer região em particular ou aumento de neurônios, mas a comunicação entre as áreas corticais que conta. A pouca corrente que passa, afirma, facilita essa comunicação, proporcionando melhor coerência entre as regiões.

Em um estudo da NYU ( retratado aqui), o tCDS não conseguiu fazer com que os neurônios disparassem dentro do cérebro de um cadáver. Nota: isso não estava relacionado ao estudo HRL. De acordo com o Dr. Pilly, não são os neurônios individuais, mas a comunicação entre as regiões do cérebro que conta. Crédito: Universidade de Szeged.

Pilly e seus colegas partiram, não apenas para mostrar que o tDCS funciona, mas também para revelar o mecanismo por trás dele. Neste estudo, a aplicação de tDCS ao córtex pré-frontal direito mostrou melhorar o desempenho de um macaco macaca no que os pesquisadores chamaram de 'tarefa de aprendizagem associativa'. Em uma pesquisa ainda não publicada, como parte do programa REM RAM Replay, eles provaram que funciona em humanos também.

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Campos elétricos estáticos aplicada fora do cérebro aumentou a coerência entre o córtex pré-frontal direito e o córtex inferotemporal esquerdo (ITC). Essas áreas controlam função executiva , que tem a ver com administrar o tempo, prestar atenção, lembrar detalhes e outras tarefas associadas ao aprendizado.

O que eles descobriram é que o tDCS pode influenciar as oscilações cerebrais. “A estimulação transcraniana pode causar muitas alterações neurais estatisticamente significativas”, disse o Dr. Pilly. “Mudanças na conectividade funcional entre áreas em bandas de alta frequência são responsáveis ​​por melhorias na aprendizagem.”

Primeiro, os cientistas da McGill pegaram macacos macacos e implantaram matrizes de sensores dentro de seus cérebros. Enquanto outros estudos fizeram experimentos semelhantes monitorando o cérebro com uma máquina de EEG, aqui os cientistas puderam medir o disparo de neurônios in vivo (de dentro), usando sensoriamento intracraniano.

“Registramos mudanças no potencial de campo local (LFP), atividade de várias unidades (MUA) e atividade de neurônio único em vários locais dentro do neocórtex”, disse o Dr. Pilly. Então, eles esconderam um certo símbolo entre um ambiente. Esse símbolo levou a uma recompensa baseada em comida. Isso era para fazer uma associação arbitrária entre uma determinada imagem e a recompensa. “A associação não pode ser inferida. Você tem que formar uma memória, no laboratório, na hora, para o experimento ”, disse Pilly.

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Melhorar a coerência entre as áreas corticais pode melhorar o aprendizado e a retenção da memória. Crédito: Por Bruce Blaus. Blausen.com. Wikipedia Commons.

Demorou em média 15 segundos para os macacos fazerem a associação do zero, mas 2 segundos quando já estavam em suas mentes. “Depois que você aprende, não há diferença no tempo de reação se você foi estimulado ou não”, disse Pilly. O que eles verificaram foi a rapidez com que os macacos podiam fazer a associação. Eles os conduziram ao longo do experimento com seus cérebros estimulados e não. Os macacos não estimulados passaram por 22 tentativas antes que a associação fosse totalmente formada. Os macacos estimulados realizaram apenas 12 tentativas. Isso representou uma melhoria de cerca de 40% na velocidade de aprendizagem.

Os implantes de sensores dentro do cérebro do macaco foram capazes de registrar as mudanças causadas pelo tDCS. Os cientistas realmente queriam saber o efeito que o tDCS tinha em neurônios individuais. Este estudo utilizou estimulação elétrica contínua em malha aberta. Mas hoje, eles foram além disso, disse o Dr. Pilly. Eles agora podem ter como alvo o momento ideal para estimular um sujeito a fim de solidificar a associação, vis-à-vis o aprendizado ou a memória. E tudo é feito de forma não invasiva em um nível seguro de corrente.

“Este artigo é sobre como compreender o mecanismo da ETCC”, disse o Dr. Pilly. A pesquisa para este artigo foi concluída há dois anos. Mais recentemente, ele voltou sua atenção para o programa DARPA RAM Replay. Aqui, ele e seus colegas têm trabalhado com voluntários humanos adultos saudáveis ​​para testar a estimulação transcraniana, para ver se ela pode melhorar o aprendizado, a associação e a memória. A memória depende de várias áreas diferentes do cérebro, sendo a mais importante o hipocampo. Sinais daqui e de outras áreas se coordenam entre si para formar as experiências e conhecimentos que lembramos.

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Os processos de sono e vigília são essenciais para o aprendizado. “Podemos melhorar a função da memória intervindo durante o sono”, disse Pilly. “Digamos que temos 10 memórias que você aprendeu durante o dia. Você deseja aprimorar um subconjunto deles. Podemos intervir de forma que o desempenho possa ser aprimorado para aquelas memórias específicas. Podemos demonstrar uma melhor recordação dois dias depois. E podemos fazer muito, muito mais. ”

Pode chegar um momento em que todos estaremos usando nossos 'bonés pensantes'. Crédito: Getty Images.

Com o estudo dos macacos, os primatas receberam corrente elétrica de baixo nível em áreas do cérebro por dezenas de minutos. De acordo com Pilly, ele e sua equipe agora podem direcionar a estimulação, intervindo apenas em pontos críticos, quando a formação da memória é mais provável de ocorrer. “Estamos reproduzindo o experimento do macaco com a estimulação ocorrendo apenas por um segundo”, disse ele, “apenas quando recebe a recompensa”. É quando a associação é feita.

Em um estudo publicado em 2007, uma equipe alemã provou que poderia ajudar a facilitar a aprendizagem ao estimulando o cérebro durante o sono por meio do sistema olfatório . Como parte do programa RAM Replay, Pilly e sua equipe mostraram que apenas um único pulso no momento certo pode facilitar o aprendizado e a consolidação da memória. Em seguida, eles reforçam a memória fornecendo outro pulso em um ponto-chave durante o sono. “Tudo o que pode ser feito por meio de indicação sensorial pode ser feito eletricamente e com mais eficiência”, disse Pilly.

O objetivo é fazer com que essa tecnologia seja adotada pela sociedade em geral. Dr. Pilly diz que é barato. “Assim como ter uma dieta melhor, isso não deve diferenciar as pessoas.” Caso contrário, você pode causar uma lacuna de desigualdade cerebral. Felizmente, este não é um projeto classificado e todos os resultados estão sendo publicados. “Qualquer pessoa pode implementar quaisquer percepções que apresentamos”, disse ele. Eventualmente, eles buscarão a aprovação do FDA para um determinado dispositivo. Ele acredita que, em 5 a 10 anos, o uso dessa tecnologia será generalizado.

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