BEEP STORY

piše: Matic Matjašič, univ. dipl. psih.

Ali je možno izboljšati človeško kognicijo in če da, kako? Odgovoriti na to vprašanje ni enostavno, čeprav je izboljšanje kognicije izredno hitro rastoče področje moderne nevroznanosti. Ko govorimo o kogniciji, imamo v mislih mentalne procese, ki jih uporabljamo za pridobivanje znanja in razumevanje, med katere spada zaznavanje, načrtovanje, spominjanje, sklepanje, presojanje, predstavljanje in reševanje problemov. Kognicija skupaj s čustvi in motivacijo tradicionalno predstavlja tri glavne komponente človeškega uma (APA, 2022).

Nevroznanstvene kot tudi psihološke metode lahko razdelimo na dve področji glede na ciljno skupino. Prvo področje je uporaba metod za povrnitev delovanja na predhodno raven delovanja v primeru poškodb glave ali ob pojavu motenj in različnih bolezni. Drugo področje, na katerega se osredotoča naš članek, je uporaba metod za izboljšanje »normalnega« delovanja oziroma dviga delovanja na višjo raven pri zdravi populaciji (ang. »peak performance«).

Potencialne metode ali intervence za izboljšanje kognicije vključujejo kognitivni trening, prehrano, telesno aktivnost, farmakološka sredstva in dve metodi, ki v zadnjem času prejemata veliko pozornosti: nevrofeedback trening in transkranialna električna stimulacija. Raziskave kažejo na učinkovitost (majhen, vendar statistično značilen učinek) kognitivnega treninga (predvsem delovni spomin) in telesne aktivnosti, ki lahko izboljša kognitivne funkcije pri zdravi populaciji in prepreči kognitivni upad pri starejših (Santarnecchi idr., 2015). Farmakološka sredstva se prav tako raziskuje za namene izboljšanja kognicije, vendar to presega okvire tega prispevka.

Kognitivni trening verjetno deluje zaradi izboljšanja nevronskih mrež preko ponavljajoče aktivacije le-teh, medtem ko telesna vadba in farmakološke intervence delujejo preko vsesplošnega povečanja hranil v možganih in manipuliranja nivoja nevrotransmitorjev (kemični »poštarji« za komunikacijo med celicami, brez katerih naše telo ne bi delovalo). Za razliko od opisanih posrednih učinkov pa zadnji dve metodi delujeta preko neposrednega povečanja ali inhibiranja aktivnosti posameznih možganskih regij, ki so odgovorne za različne funkcije. Mehanizmi, preko katerih delujejo naštete metode, so torej najverjetneje različni in ne medsebojno izključujoči, iz česar sledi sklep, da je kombinacija različnih metod lahko najbolj učinkovita pri izboljšanju kognicije (Santarnecchi idr., 2015).

Razvoj možganov v odrasli dobi ali nevroplastičnost

Nevroplastičnost je prilagoditveni mehanizem možganov, ki omogoča spremembo živčnega sistema kot odgovor na izkušnje oziroma stimulacijo iz okolja (APA, 2022). Z drugimi besedami, omogoča učenje in izboljšanje obstoječih kognitivnih funkcij. V otroštvu je nevroplastičnost najvišja, kar je tudi razlog za tako hiter razvoj in učenje otrok. Včasih je veljalo prepričanje, da se možgani prenehajo spreminjati po določeni starosti, vendar nove raziskave kažejo, da je nevroplastičnost mogoča tudi v odrasli dobi (Chen Q, 2020). Poznamo vsaj tri načine doseganja nevroplastičnosti: s farmakološkimi sredstvi, z električno stimulacijo ali preko učenja. Doseganje nevroplastičnosti preko učenja je najbolj naravna za ljudi in prav to promovira nevrofeedback metoda.

Nevrofeedback: metoda treninga možganov

Nevrofeedback je tehnika, katere končni cilj je optimizirati delovanje možganov, preko katerega dosežemo kognitivno izboljšanje na področju spomina, pozornosti, hitrosti procesiranja ali izvršilnih funkcij. Gre za obliko biofeedbacka, pri kateri merimo možgansko aktivnost (»nevro« del) udeleženca in mu jo v realnem času prikazujemo v vizualni in/ali avditorni obliki (»feedback« del), s čimer ima udeleženec priložnost, da se nauči regulirati svojo možgansko aktivnost preko uporabe različnih strategij. Udeleženec se torej skozi trening nauči samoregulirati merjeno možgansko področje, ki je odgovorno za določeno kognitivno funkcijo. Uporablja se za izboljšanje delovanja atletov in glasbenikov, ustvarjalnosti, pozornosti, delovnega spomina in drugih funkcij. Uporablja se tudi za klinično populacijo, ki trpi za ADHD-jem, avtizmom, depresijo, anksioznostjo in epilepsijo (Reis idr., 2016).

V metaanalizi učinkov nevrofeedbacka na zdravi populaciji so ugotovili velik učinek na delovni spomin, razpoloženje, kvaliteto spanja in srednji učinek na izvršilne funkcije (reševanje problemov, pozornost, načrtovanje). (Da Silva in De Souza, 2021).

Ko se nevroni v naših možganih aktivirajo, proizvedejo električne signale. S tem, ko namestimo elektrode na glavo udeleženca, lahko izmerimo električno aktivnost določenega možganskega področja (»EEG«). Na podlagi frekvenc (Hz) električnih signalov lahko prepoznamo različne vzorce električne aktivnosti, ki jim pravimo možganski valovi. Verjetno so vam poznani pod imeni delta (<4 Hz), teta (4-8 Hz), alfa (8-13 Hz), beta (13-30 Hz) in gama valovi (30-100 Hz), pri čemer ima vsak svojo funkcijo. Če si predstavljate sebe, kako sedite na pomolu in gledate valove, bi 4 Hz predstavljalo 4 valove, ki se v eni sekundi zaletijo v pomol. Posamezni možganski valovi se morajo prožiti bodisi z več moči (višina valov) bodisi z manj v različnih predelih možganov, s čimer podpirajo specifične kognitivne funkcije (Marzbani idr., 2016).

Na primer višina alfa valov v mirovanju (ko ne počnemo nič) je pozitivno povezana s pozornostjo ter negativno s kognitivno oškodovanostjo in kognitivnim upadom. Možna razlaga je, da alfa valovi vzdržujejo pozornost s tem, da nenehno filtrirajo in izločujejo nepomembne informacije. Številne študije so pokazale, da lahko z nevrofeedbackom pomembno izboljšamo višino alfa valov v mirovanju (Zhou idr., 2022).

Kako sploh deluje nevrofeedback trening?

Glavni mehanizem, preko katerega deluje učenje samoregulacije možganske aktivnosti z nevrofeedbackom, je instrumentalno pogojevanje. Gre za teorijo učenja, ki pravi, da je verjetnost pojava odvisna od posledic, ki jih ima le-ta za posameznika: pozitivne posledice povečajo, negativne pa zmanjšajo verjetnost pojava.

In če ne verjamete, da smo se ljudje sposobni naučiti samoregulirati različna možganska področja, vas bo presenetil podatek, da so samoregulacije različnih predelov možganov sprva naučili opice (Fetz, 1969: v Enriquez-Geppert idr., 2017) in mačke (Sterman in Wyrwicka, 1967: v Enriquez-Geppert idr., 2017). Ena izmed prvih raziskav, kjer so dokazali, da smo se ljudje sposobni naučiti samoregulacije različnih možganskih področij (alfa valove v tem primeru) preko instrumentalnega pogojevanja, je bila izvedena leta 1968 (Kamiya, 1968: v Enriquez-Geppert idr., 2017).

Na nevrološkem nivoju proces učenja samoregulacije izgleda približno takole: v začetnih fazah nevrofeedbacka možganska aktivnost nenadzorovano variira in v določeni točki po naključju preseže določen prag (določen s strani strokovnjaka, kot zaželeno stanje), kjer udeleženec dobi določeno nagrado (v obliki feedbacka). V tej točki si možgani zapomnijo to specifično stanje kot cilj (ob katerem se sproža dopamin) in ga ob nadaljnjem treningu skušajo doseči preko različnih strategij, ki progresivno postajajo vse bolj učinkovite (Enriquez-Geppert idr., 2017).

Udeleženci na začetku preizkušajo različne strategije in se preko feedbacka (lahko v obliki spreminjajočega se grafa – slika 2 ali v obliki računalniške igre) učijo, katere delujejo bolje in katere slabše (npr. kot boljše za določeno področje so se izkazale osredotočanje na dihanje, sproščanje različnih delov telesa in pozitivno mišljenje). Proti koncu protokola udeleženci lahko razvijejo bolj jasno predstavo o zaželenem stanju možganov, kar jim pomaga doseči to stanje brez zavestne uporabe specifičnih strategij (Autenrieth idr., 2020).

Čeprav je glede na določene raziskave lahko učinkovit že en sam nevrofeedback trening (Ross idr., 2013), pa obsežnejše metaštudije kažejo, da se večji učinki pokažejo po 8-12 treningih (Reis idr., 2016).

V skladu z načelom kombinacije večih metod za optimiziranje kognicije (Baniqued idr., 2014) se lahko nevrofeedback kombinira z glasbo, ki vključuje tako imenovane »binaural beats«: ko slišimo dva tona različnih frekvenc – vsakega v eno uho – se naši možgani sinhronizirajo na frekvenco, ki predstavlja razliko med tema dvema tonoma. Npr. če vam v levo uho predvajamo ton s frekvenco 140 Hz, v desno uho pa ton s frekvenco 130 Hz, se bodo vaši možgani sinhronizirali na frekvenco 10 Hz (v tem primeru so to alfa valovi).  Posledično vaši možgani lažje dosežejo zaželeno stanje (npr. alfa valovanje) in jih lahko uporabimo za povečanje učinkovitosti nevrofeedback treninga. Glasbo z vključenimi »binaural beats« lahko samostojno preizkusite že med branjem preostalega dela članka na spodnji povezavi (nujna uporaba slušalk za uspešno predvajanje različnih tonov v vsako uho): https://www.youtube.com/watch?v=03DN380MhXk

Gre za glasbo z alfa binaural beats (8-12 Hz), ki vam bo pomagala doseči stanje mirne osredočenosti. Dotična glasba je bila uporabljena v raziskavi, ki je pokazala pozitivne učinke te glasbe na doseganje alfa valovanja in sproščenosti (Phneah in Nisar, 2017).

Transkranialna električna stimulacija

Električno stimuliranje možganov ima dolgo zgodovino z antičnimi Grki na čelu, ki so uporabljali električne ribe za zdravljenje migren (Yavari idr., 2018).

Vsi (vključno z ribami) smo verjetno lahko hvaležni Alessandru Volti (in ostalim pionirjem) za razvoj električne baterije v 18. stol., ki je predstavljala prvi vir kontinuiranega električnega toka.

Eden izmed glavnih ciljev nevroznanosti je razumeti, kako možgani nadzirajo kognicijo, čustva in vedenje. Razvoj metod slikanja možganov (npr. EEG) je omogočil preučevanje korelacij med področji možganov in npr. vedenjem, nič pa ne pove o kavzalnosti (ali x res vpliva na y ali gre zgolj za sopojavljanje). Razvoj neinvazivnih metod možganske stimulacije, kot je transkranialna električna stimulacija, omogoča preučevanje, kako aktiviranje določenega dela možganov vpliva na vedenje. Te metode so se razvile 40 let nazaj, ko sta Merton in Morton demonstrirala, da pošiljanje kraktih električnih signalov (~20000 mA) aktivira možganski korteks in vpliva na vedenje, za katerega je odgovorno to področje možganov. Od takrat so metode precej napredovale, saj so bile te neprijetne za udeležence, sedaj pa so metode bolj natančne, električni signali pa 20.000-krat šibkejši (~1-2 mA) in posledično za udeležence povsem neboleči (Polania idr., 2018).

Transkranialna električna stimulacija (TES) je ena najbolj obetavnih metod na področju izboljšanja kognicije, saj za razliko od ostalih metod, ki zgolj posredno poskušajo naslavljati določena možganska področja (npr. telovadba preko povečanja hranil v možganih in farmakološka sredstva preko povečanja nevrotransmitorjev), ta metoda omogoča neposredno povečanje ali zmanjšanje aktivnosti določenega predela možganov. To dosežemo preko namestitve dveh ali večih elektrod, ki pošiljajo šibke električne signale in s tem neinvazivno stimulirajo določene predele možganov, na katere želimo vplivati in posledično izboljšati njihovo pripadajočo kognitivno funkcijo. TES metoda je bila uporabljena v raziskavah na zdravih udeležencih, ki so pokazale vpliv na delovanje (»performance«) na številnih nalogah. Pozitivni učinki niso bili prisotni samo med električno stimulacijo, ampak so vztrajali tudi po koncu, kar kaže na potencialne dolgoročne učinke te metode (Karabanov idr., 2019).

Dolgoročni učinki se pojavijo ob stimulaciji, ki traja vsaj nekaj minut. Potencialni učinki se kažejo na učenju motoričnih spretnosti, delovnem spominu in procesiranju emocij (Yavari idr., 2018).

TES metoda, čeprav obetavna, zahteva globje poznavanje mehanizmov, preko katerih deluje, razvoj protokolov za dosego bolj dolgoročnih učinkov ter upoštevanje razlik med posamezniki. Potrebno je tudi boljše razumevanje parametrov, kot je postavitev elektrod, intenziteta signala in razvoj standardiziranih protokolov za širšo aplikacijo v praksi.

Zaključek

Zdrava prehrana in fizična aktivnost sta močna promotorja našega wellbeinga in prav je, da ju spodbujamo, četudi od nas zahtevata veliko mero predanosti in časa. Na drugi strani pa metodi nevrofeedbacka in transkranialne električne stimulacije prispevata k wellbeingu preko razvijanja potencialov, ki jih na ta način lahko razvijamo bolj natančno in usmerjeno. Kot že večkrat omenjeno, pa te metode niso medsebojno izključujoče, prej obratno, saj se med seboj dopolnjujejo in omogočajo doseganje najbolj optimalnih rezultatov. Zato stremimo k temu, da zdrava prehrana in telesna aktivnost postaneta temelja (skupaj s kvalitetnim spancem), na katerih gradimo naš wellbeing in ki ga potencialno lahko opolnomočimo tudi z drugimi metodami, opisanimi v tem prispevku.

Viri

American Psychological Association. Cognition (pridobljeno 2022).

Autenrieth, M., Kober, S.E., Neuper, C. in Wood, G. (2020). How Much Do Strategy Reports Tell About the Outcomes of Neurofeedback Training? A Study on the Voluntary Up-Regulation of the Sensorimotor Rhythm. Front Hum Neurosci.

Baniqued, P., Kranz, M., Voss, M., Lee, H., Cosman, J., Severson, J. in Kramer, A. (2014). Cognitive training with casual video games: Points to consider. Frontiers in psychology.

Chen Q, Yang H, Rooks B idr. (2020). Autonomic flexibility reflects learning and associated neuroplasticity in old age. Human Brain Mapping. 41(13):3608-19.

Da Silva, J. C., in De Souza, M. L. (2021). Neurofeedback training for cognitive performance improvement in healthy subjects: A systematic review. Psychology & Neuroscience, 14(3), 262–279.

Enriquez-Geppert, S., Huster, R.J. in Herrmann, C.S. (2017). EEG-Neurofeedback as a Tool to Modulate Cognition and Behavior: A Review Tutorial. Front Hum Neurosci.

Karabanov, A. N., Saturnino, G. B., Thielscher, A., in Siebner, H. R. (2019). Can transcranial electrical stimulation localize brain function? Frontiers in Psychology.

Marzbani, H., Marateb, H.R. in Mansourian, M. (2016). Neurofeedback: A Comprehensive Review on System Design, Methodology and Clinical Applications. Basic Clin Neurosci. 7(2):143-58.

Phneah, S.W. in Nisar, H. (2017). EEG-based alpha neurofeedback training for mood enhancement. Australas Phys Eng Sci Med.

Polanía, R., Nitsche, M.A. in Ruff, C.C. (2018). Studying and modifying brain function with non-invasive brain stimulation. Nat Neurosci.

Ros T, Théberge J, Frewen PA, Kluetsch R, Densmore M, Calhoun VD in Lanius RA (2013). Mind over chatter: plastic up-regulation of the fMRI salience network directly after EEG neurofeedback. Neuroimage.

Reis, J., Portugal, A.M., Fernandes, L., Afonso, N., Pereira, M., Sousa, N. in Dias, N.S. (2016). An Alpha and Theta Intensive and Short Neurofeedback Protocol for Healthy Aging Working-Memory Training. Front Aging Neurosci.

Santarnecchi, E., Brem, A.-K., Levenbaum, E., Thompson, T., Kadosh, R. C. in Pascual-Leone, A. (2015). Enhancing cognition using transcranial electrical stimulation. Current Opinion in Behavioral Sciences, 4, 171–178.

Zhou, Q., Cheng, R., Yao, L., Ye, X. in Xu, K. (2022). Neurofeedback Training of Alpha Relative Power Improves the Performance of Motor Imagery Brain-Computer Interface. Front Hum Neurosci.

Yavari, F., Jamil, A., Mosayebi Samani, M., Vidor, L. P. in Nitsche, M. A. (2018). Basic and functional effects of transcranial Electrical Stimulation (tES)—An introduction. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 85, 81–92.