Vítejte****Kosmické Léky - Imunoterapie z Vesmíru****Mozek jako zbraň****Ošetřovatelství - věda o lidských potřebách a kosmonautika****ANGIEX-Na palubě ISS se vyvíjejí léky proti rakovině****Jak ve vesmíru zvážit astronauta?****Kosmonautix: Cislunární medicína****Plíce se ve vesmíru hojí pomaleji****Mezi životem a smrtí ****Vliv mikrogravitace na strukturu mozku****Přeji příjemné čtení :-)

Friday, September 28, 2018

MOZEK JAKO ZBRAŇ



U.S. National Guard
Dron krouží nad cílovou oblastí, a jeho piloti, sedící v řídícím středisku o několik tisíc kilometrů dál, sledují dění s cílem zachytit v reálném čase jakoukoliv podezřelou aktivitu. Mají v rukou supermoderní špionážní nástroj a vražednou zbraň. Dělají klíčová rozhodnutí, která jsou otázkou života a smrti. Pilot dronu ke své práci potřebuje mimořádné kognitivní schopnosti, jako je schopnost efektivního řešení problémů, rozhodování, paměť, rozlišovací schopnosti. Americká vládní agentura pro obranný výzkum DARPA se rozhodla vyvinout způsob, jak tyto schopnosti u člověka zlepšit, a to pomocí elektrické stimulace specifických struktur mozku. A já jsem se rozhodl tuto  proceduru, stejně jako testovací piloti dronů, vyzkoušet na sobě.

 
Matrix se stává realitou...
Výzkumný program TNT (Targeted Neuroplasticity Training) se zaměřuje na  možnosti bezpečné neurostimulace a účelem aktivace procesů synaptické plasticity, tedy vytváření nových synapsí, posilování již existujících synapsí, a tedy posilováním nových okruhů neuronální aktivity, což je základním předpokladem učení. Odborníci z DARPA doufají, že se jim podaří proces učení podstatně urychlit. První část výzkumného programu TNT se snaží odhalovat nervové mechanismy, umožňující mozku reagovat na stimulaci. Druhá část výzkumu pak má za úkol otestovat využití nových poznatků, a to ve spolupráci se specialisty na jazyky, zpravodajskými analytiky a ostatními vojenskými odborníky, zabývajícími se výcvikem. To vše trochu připomíná film Matrix, ve kterém se hlavní hrdina filmu Neo napojí na terminál a během několika minut si z počítače do svého mozku nahraje všechny informace a schopnosti, které potřebuje.

Mozek jako zbraň...
Vědci z Wright State University ve spolupráci se specialisty ze 711. testovací letky USAF na Wright-Pattersonově letecké základně pracují na výzkumném projektu, kterého cílem je zlepšování kognitivních schopností, jako jsou paměť, pozornost, nebo soustředění, a to pomocí tzv. transkraniální stimulace slabým stejnosměrným proudem. Právě výše jmenované kognitivní schopnosti musí mít operátoři bezpilotních prostředků nadmíru vytrénované. 

Foto: autor
Abych si dokázal lépe představit o co jde, rozhodl jsem se využít příležitosti, stát se pokusným subjektem ve výzkumném projektu, zaměřeném na transkraniální elektrickou stimulaci mozku, který realizuje Dr. Eugen Kvašňák z Ústavu biofyziky a lékařské informatiky, 3LF-UK v Praze.
 
"Projekt DARPA, který zmiňujete, se zabývá, mimo jiné, výzkumem tzv. cognitive enhancement, což jsou metody využívané, buď z terapeutických (např. u pacientů s Alsheimerovou nemocí), nebo rekreačních důvodů, ke zlepšení některé z kognitivních schopností, jako je třeba koncentrace, nebo paměť",  říká doktor Kvašňák. "Princip této transkraniální elektrické stimulace je v tom, že se mozek přes elektrody přiložené na hlavu stimuluje velmi slabým elektrickým proudem. Stejnosměrným, střídavým a nebo pulzním a nebo šumem, podle cíle, kterého chceme dosáhnout.." 

Vědci z Wright-Pattersonovy letecké základny provádí sérii experimentů a to na skupině dvaceti dobrovolníků, a sice na šestnácti mužích a čtyřech ženách, v průměrném věku 31 let. Pomocí elektrického proudu o hodnotě 2 mA, s použitím pěti elektrod, testují účinky elektrické stimulace mozkové kůry v oblasti, zvané levý prefrontální kortex. To je právě za oblast mozku, která se významnou měrou podílí na procesech, jako je pozornost, pracovní paměť, rozhodování, plánování a řešení multitasking/komplexních úkolů. Doba trvání stimulace je od 30 vteřin do 36 minut (Většina dalších, studií uvádí dobu elektrické stimulace do 20 minut). Samotný test, který vyvinuli odborníci z NASA, probíhá tak, že během elektrické stimulace mozku, mají pokusné osoby za úkol pomocí joistiku udržovat křížek uprostřed po obrazovce se pohybujícího kruhu a současně s tím na obrazovce plnit další úkoly. 
Foto: USAF
Zajímalo mě, jestli je zlepšení kognitivní výkonnosti patrné jen během samotné stimulace, nebo i nějaký čas po ní... "Ukazuje se, že ke zlepšení výkonu dochází jen v průběhu samotné elektrické stimulace.", říká doktor Kvašňák a dodává: "Přesněji řečeno, tady vlastně nejde o stimulaci jako takovou, ale jde o tzv. modulaci, tj. posilování či zeslabování neuronálních spojení či okruhů v závislosti na parametrech aplikovaného proudu a místě aplikace"

Rozhodl jsem se na vlastní kůži otestovat, jak transkraniální elektrická stimulace probíhá a rozhodl jsem se stát se testovacím subjektem. V laboratoři zrovna probíhá experiment, který má za úkol mapovat citlivost a subjektivní počitky, ke kterým v průběhu elektrické stimulace dochází. Neváhal jsem se tedy zapojit. Na hlavu jsem dostal elektrody a experiment mohl začít. Doktor Kvašňák vysvětluje: "Budeme mapovat citlivost a subjektivní počitky při různých typech stimulace. Jde o stimulaci mozku stejnosměrným proudem, anodovým, katodovým a střídavým proudem různých frekvencí. Celé to potrvá asi 40 minut."  

Ačkoliv jsem se účasti na experimentu bál, nakonec se ukázalo, že to byl zajímavý nebolestivý zážitek, kdy nejvýraznějšími příznaky byly záblesky před očima tzv. fosfeny. Ale těch experimentů, které se na Ústavu biofyziky a lékařské informatiky 3LF realizují, je více. Doktor Kvašňák vysvětluje: "V rámci výzkumu účinků elektrické stimulace na mozek děláme například tzv. kognitivní behaviorální test při kterém se vyhodnocuje výkonnost krátkodobé pracovní vizuální paměti. Testovaní dobrovolníci mají za úkol si pamatovat objekty a jejich umístění zobrazené na monitoru. Obrázky se aktualizují po pár vteřinách a úlohou dobrovolníka je rozhodnout, zda se aktuální objekty a jejich poloha  shoduje, či ne se situací o 3 kroky zpět. Srovnáváme pak skóre úspěšnosti před, během a po elektrické mozkové stimulaci. V tom je to asi podobný výzkum jako u zmiňovaných pilotů.  


A jak to vlastně s tou pamětí je? Výsledky amerických kolegů například ukazují, že se kognitivní výkonnost zlepšuje o 40%. Další moje otázka byla, jak dlouho účinky stimulace trvají? "Ukazuje se, že elektrická stimulace moduluje funkce neuronů jen při samotném provádění. Odpovídá doktor Kvašňák.


Pohled do budoucnosti
Foto: Neuralink
Americká firma Neuralink, jejíž zakladatelem je legendární americký podnikatel Elon Musk, pracuje na vývoji neurálního rozhraní mezi mozkem a počítačem a to prostřednictvím do mozku zavedené tzv. neural lace (neurální krajky), jakési ultrajemné sítě elektrod která bude sloužit jako součást interface pomocí které budeme moci mozkem schopni ovládat technologie kolem sebe, nebo třeba budeme mít přístup na internet. Myslíte si, že je to sci-fi...? Zeptal jsem se na to Dr. Kvašňáka. "Asi jako většina kluků, i  byl fanouškem sci-fi. Když dnes pozorujete, jakým tempem se realizují nedávné fantazie, tak se zdá, že jednou se většina fantazií zrealizuje, že je to jen otázka času. Zní to technicko-optimisticky, konvenuje to člověku 21. století, ale má to svojí odvrácenou stranu, a to, že až s dlouhým odstupem za technickým výzkumem a vývojem dýchavičně dobíhá etika a další humanitní vědy. To není dobře.

A co etický a ekonomický aspekt celé věci? "Obojí souvisí s probíhajícími výzkumy a jejich potenciálními aplikacemi. Hranice etického využití jsou dány jednak potencionálním poškozením pacienta, nebo obecně uživatele, a za druhé, potenciálním zneužitím. Zdravotní rizika lze minimalizovat dodržováním doporučených stimulačních protokolů (např. délka a frekvence aplikace) a vyloučením rizikových skupin, např. epileptiků. Zneužití, stejně, jako u ostatních terapeutických metod a léků asi nelze úplně zabránit."

A ekonomický aspekt? "Ten brzy ukáže praxe v souvislosti s prokázaným, či neprokázaným účinkem na tu či onu nemoc resp. kognitivní účinek u zdravé populace. Experimenty elektrické stimulace intenzivně probíhají, vědeckých článků o elektrické stimulaci za posledních 20 let jsou tisíce. Spektrum potenciálního využití je široké , od psychiatrických onemocnění až např. po bolest."

"Kdybychom to měli shrnout, tak metody elektrické stimulace mozku nejsou zas tak nové, ale možnosti jejich cílené aplikace se od antiky, kdy se  na hlavu s migrénou přikládala elektrická ryba, poněkud zlepšily. Co se zájmu o využití těchto metod americkou armádou, která na to vyčlenila jak finance, tak lidi, týče ... vnímám to pozitivně. Jednak to můžeme brát jako potvrzení, že tyto metody nejsou úplné bludy a za druhé může vojenský výzkum přinést vedlejší výsledky využitelné civilním sektorem."

Výzkumy agentury DARPA mohou tedy přinést benefity nejen armádě, ale může pomoci i civilistům a to v oblasti pokročilé protetiky, léčby poranění mozku či onoho námi zmiňovaného kognitivního tréninku.


Zdroje: