Cerebrum electrical stimulation enhances mental endowments of the healthy people. Электростимуляция мозга улучшает умственные способности здоровых людей(featuring new author @mixa)

TDCS technology or transcranial direct current stimulation is already investigated more than 20 years and is used successfully in the clinic for rehabilitation after cerebral hemorrhage, depression cure and chronic pain. But the investigation during the last 6-7 years has revealed it can be useful for healthy people too. The article written by Douglas Fox, published 2011 in the lead academic periodical “Nature”, told first time general public about the fact TDCS can enhance educability, memory capacity and reduce risk addiction of the healthy people. From that time the TDCS investigations sum is on the rise, discovering new spheres of using such technology.

---

Технология tDCS – транскраниальная стимуляция постоянным током – изучается уже более 20 лет и успешно применяется в клинике для восстановления после инсульта, лечения депрессии и хронической боли. Однако исследования последних 6-7 лет показывают, что она может быть полезна и для здоровых людей. Статья Дугласа Фокса, опубликованная в 2011 году в ведущем научном журнале «Nature», впервые рассказала широкой публике о том, что tDCS может улучшать обучаемость, память и снижать склонность здоровых людей к риску. С тех пор количество исследований tDCS неуклонно растет, открывая все новые области применения этой технологии.

Creativity and sophisticated problems solution

For instance, few months ago the scientists from Georgetown University, Washington DC, have published the investigation results, which revealed TDCS enhanced brainwork creativity. The investigation participants were healthy young people with similar education and IQ. They should to find associative bond between different bags of words. And those of them, who were incurred by electrical stimulation, have found more sophisticated parallels.

The TDCS capacity of the creativity rise is investigated more than 5 years. 2012 the Australian scientists group from Sidney University have revealed TDCS capacity to help in solution of difficult, earlier unsolvable problems. It was used the test unsolvable for major part of people: with 4 lines connect 9 dots without hand turning away. None have done the task before stimulation, but TDCS has followed to the fact, that 40% investigation participants found the right answer.

---

Креативность и решение нетривиальных задач

Например, несколько месяцев назад ученые из Джорджтаунского университета Вашингтона опубликовали исследование, показывающее, что tDCS улучшает креативность мышления. Участники эксперимента – здоровые молодые люди со сходным образованием и уровнем интеллекта – должны были находить ассоциативные связи между разными наборами слов. И те из них, кто подвергался электростимуляции, находили гораздо более нетривиальные аналогии.

Способность tDCS увеличивать креативность изучается уже более 5 лет. В 2012 году группа австралийских ученых из Университета Сиднея обнаружила, что tDCS помогает решать сложные, ранее неразрешимые задачи. Использовался тест, с которым большая часть людей не в состоянии справиться: соединить 4-мя линиями 9 точек, не отрывая руки. Ни один из участников не сумел решить задание до стимуляции, однако tDCS привела к тому, что 40% (!) испытуемых сумели найти правильный ответ.

The investigations are provided according to influence TDCS on the capacity to solve mathematical tasks. 2010 the investigators from Cognitive Neurosciences Institute London have done the experiment, in which healthy volunteers performed mathematical operations with unreal symbols, which are defined numbers 1-9. It was emerged that TDCS helped faster memorizing of new symbols and followed to better results in the task solution, by the way the stimulation effect was kept during 6 months.

---

Ведутся исследования и о влиянии tDCS на способность решать математические задачи. В 2010 году исследователи из Института Когнитивных Нейронаук Лондона провели эксперимент, в котором здоровые добровольцы выполняли математические операции с выдуманными символами, обозначавшими цифры от 1 до 9. Выяснилось, что tDCS способствовала более быстрому запоминанию новых символов и приводила к лучшим результатам в решении задач, причем эффект от стимуляции сохранялся на протяжении полугода.

How does TDCS work?

The mechanism lied in base of TDCS work is very simple. The electrodes are applying to the head, through them is held the weak current with constant force (1-2 mA). It influences on separate brain parts. The current power is too small to activate neurons. But it changes their physiological status, making them more or less apt to activation according to the influence type.

---

Как действует tDCS?

Механизм, лежащий в основе действия tDCS довольно прост. К голове прикладываются электроды, через которые проходит слабый ток постоянной силы (1-2 миллиампера), воздействующий на определенные участки мозга. Сила тока оказывается слишком мала, чтобы активировать нейроны. Однако все же она существенно меняет их физиологическое состояние, делая их более или, наоборот, менее склонными к активации, в зависимости от типа воздействия.

The neurons activation ability hangs from potentials difference on their membrane; exactly it is changed by TDCS. In case of positive charge on the electrode (anode) reduces the potentials difference and increases the possibility of firing of neuron in case of coming outer signal. In case of negative charge on electrode (cathode) decreases the process of neuron firing.
For getting the desiring effect (for example, increase the mathematical capability and reaction speed) it needs right choice of brain zones and fixation on them the electrodes with relevant charge. Using variants of TDCS are variable and are limited to the knowing of functions of the different brain zones.

---

Способность нейронов активироваться зависит от разности потенциалов на их мембране; именно ее и изменяет tDCS. В случае положительного заряда на электроде («аноде») –разность потенциалов снижается, что увеличивает вероятность возбуждения нейрона в случае поступления внешнего сигнала. В случае отрицательного заряда электрода («катода») возбудимость нейронов, наоборот, падает.

Для того чтобы получить желаемый эффект (например, увеличить способности к математике или скорость реакции), необходимо правильно выбрать зоны мозга, и разместить на них электроды с соответствующим зарядом. Варианты применения tDCS очень разнообразны, и, по сути, ограничиваются только знанием функций различных областей мозга.

Education and memory

2010 the investigation group from New York provided the headline investigation, in which showed TDCS could speed up education “DARWARS Ambush” – video game was developed specially for American soldiers’ tuition. The people inspected the virtual landscapes for finding hindrances – shadows, thrown back by sharpshooter or improvised bomb, and should react as fast as possible on it. It was revealed that volunteers, on which influenced TDCS during trainings, showed better results. TDCS is mentioned also in another investigation done by USA military force. 2011 it was shown the message, electrical stimulation increases successfully educability of the American pilots training on video-stimulators.

---

Обучение и память

В 2010 году исследовательская группа из Нью-Мексико провела громкое исследование, где показала, что tDCS ускоряет обучение «DARWARS Ambush!» – видеоигре, разработанной специально для подготовки американских солдат. Люди обследуют виртуальные пейзажи на наличие препятствий – тени, отбрасываемой снайпером или самодельного взрывного устройства, и должны как можно быстрее на них реагировать. Оказалось, что добровольцы, на которых во время тренировок воздействовали tDCS, демонстрировали более высокие результаты. tDCS упоминается и в другом исследовании Военных сил США. В 2011 году появилось сообщение о том, что электростимуляция успешно улучшает обучаемость американских пилотов, проходящих тренировки на видео-симуляторах.

More than 10 investigations show TDCS increases effectivity of learning foreign languages. For integrity of test the volunteers learnt unreal languages. It was detected after TDCS they remembered better new words, and their speaking became more fluent.

---

Более 10 исследований показывают, что tDCS увеличивает эффективность освоения иностранных языков. Для «чистоты» эксперимента добровольцы изучали выдуманные языки. Оказалось, что после проведения tDCS они лучше запоминали новые слова, а также их речь становилась более беглой.

Predilections

Another interesting possibility of electrical stimulation is reducing addictions, for example, to delicious food. During investigation, done by German scientists lead by Kerstin Oltmanns, TDCS was done every day during week on healthy volunteers group and scientists saw how would change the sum of consumed calories. The participants were deluded about the experiment sense – they thought that it was investigated TDCS influence on the cheer. And for and after experiment it was laid the table in order to appreciate their participation. But scientists inspected the sum of consumed calories and it was revealed that after one week stimulation, it was reduced on 14%. As scientists thought it was caused not by reducing appetite, but by developing will power and finding more rational solutions. That’s why it is no wonder TDCS helps by other addictions – nicotine, alcohol, marihuana and even cocaine.

---

Пристрастия

Другой интересной возможностью электростимуляции является снижение зависимостей, например, от вкусной еды. В исследовании немецких ученых под руководством Керстин Олтманс группе здоровых волонтеров ежедневно в течение недели проводили сеансы tDCS и смотрели, как от этого изменится количество потребляемых ими калорий. Для этого их ввели в заблуждение по поводу сути эксперимента – испытуемые думали, что изучается влияние tDCS на настроение. А до и после проведения испытания для них был накрыт стол, якобы, чтобы отблагодарить за участие. Однако за количеством потребляемых калорий строго следили, и оказалось, что после недели стимуляции оно снизилось на целых 14%. По мнению исследователей, произошло это не столько из-за снижения аппетита, сколько из-за развития силы воли и принятия более рациональных решений. Поэтому неудивительно, что tDCS помогает и от других зависимостей – от никотина, алкоголя, марихуаны и даже кокаина.

Depression

TDCS is used successfully for depression cure. By the way electrical stimulation is effective even in case nasty forms – acute and resistant depression. Mechanism, with which TDCS fights with depression, has much relevant to antidepressants work. As result of TDCS work stimulates producing of “feel-good chemicals” – endorphin and serotonin. But in difference to antidepressants TDCS is not followed by such side-effects as nausea and insomnia.

---

Депрессия

tDCS успешно применяется и для лечения депрессии. Причем, электростимуляция эффективна даже в случае тяжелых форм – острой и резистентной. Механизм, посредством которого tDCS борется с депрессией, по-видимому, имеет много общего с действием антидепрессантов. В результате tDCS стимулируется выработка «гормонов счастья» — эндорфина и серотонина. Однако, в отличие от антидепрессантов, tDCS не сопровождается такими побочными эффектами, как тошнота и бессонница.

Empathy, risk and defensive driving

It is unreal to describe all TDCS effects in one article – they are so various and numerous. That’s why we will bespeak at the end the most unexpected one. For instance, electrical stimulation increases people social abilities – it enhances empathy and ability to put oneself in surrounding place. In one experiment healthy participants played the game, where they should to transfer thing, which was pleased by virtual hero from the screen. But he saw the room from another point as the man in front of the screen (for example, he saw only a part of wardrobe). And it should be taken into count be task accomplishment. For instance, when he asked to displace the biggest candle, the player must choose the biggest one from that the hero could see. It was revealed after TDCS the right accomplishment increases to 33%. The volunteers took a part in the famous game “Ultimatum”. The game sense was following: one of the participants should share 10$ between himself and second participant, and second participant gaining money should decide, would he take it or not. In refusal case none would gain money, and if he would agree, then he would get a share.
It is well known that many people refuse the money proposal, if they think that it is too small sum, because they see breach of justice in it and want to penalize the first participant. But after TDCS the people agreed in most cases with a little sum.
It was provided some investigation during which TDCS reduced people’s addiction to risk and helped more defensive driving style, increases perception of the current moment and helped deeper jump into a computer generated reality. There are also exotic works about TDCS reduce ear buzzing, mental clearing from paramnesia and extension of the frequency spectrum of the perceive sound.

---

Эмпатия, риск и безопасное вождение

Описать все эффекты tDCS в рамах этой статьи невозможно – настолько они многочисленны и разнообразны. Поэтому поговорим напоследок о самых неожиданных. Например, электростимуляция улучшает социальные навыки людей – усиливает эмпатию и способность поставить себя на место окружающих. В одном из исследований здоровые добровольцы играли в игру, где должны были переместить вещь, о которой их просил виртуальный персонаж с экрана. Однако он видел комнату с другого ракурса, чем человек перед экраном (например, наблюдал лишь часть шкафа), и это надо было учитывать при выполнении задания. К примеру, когда он просил переставить самую большую свечку, игрок должен был выбрать наиболее крупную свечу из тех, что мог видеть персонаж. Оказалось, что после tDCS правильность выполнения задания возрастала на 33%.

В другой работе tDCS делала испытуемых менее мстительными. Добровольцы принимали участие в известной игре «Ультиматум». Суть её заключается в том, что один из участников должен разделить 10$ между собой и вторым участником, а второй участник, получив деньги, должен решить, возьмет он их или нет. В случае его отказа никто не получает никаких денег, а если он соглашается, то получает предложенную долю. Известно, что очень много людей отказываются от денег, если считают, что их слишком мало, поскольку видят в этом несправедливость и хотят наказать первого участника. Однако после tDCS люди гораздо чаще соглашались с меньшей суммой.

Проведены исследования, в которых tDCS уменьшает склонность людей к риску и способствует более безопасному стилю вождения, увеличивает осознавание текущего момента и способствуют большему погружению в миры виртуальной реальности. Есть и вовсе экзотические работы о том, что tDCS снижает звон в ушах, очищает сознание от ложных воспоминаний и расширяет спектр частот воспринимаемого звука.

Brain electrical stimulation: is there some danger?

By electrical stimulation scientists influences on brain with weak current – 1-2 mA. It is approximately as many as glowworm spends on light. The procedure is defensive at all. The real side-effects are not revealed (and on this theme are written more than 12500 articles). Sometimes it can be only skin itch in the field of fixing electrodes, pricking, burning and sense of discomfort, seldom – headache.
But it has risk that increasing one brain function causes the decreasing of another one. For e[ample, in one investigation by Kohen Kadosh the brain stimulation helped the participants to remember symbols system, which had numeric matches ( for example, hen -1 egg-2), but it was difficult for them to use got knowledge in another task as compared to participants, who remembered all without stimulation.
Besides it was necessary to hold in mind that effect from TDCS hangs from stimulating brain part and task, which the brain must complete. In case wrong chosen brain field and influence type (electrodes polarity) – the effect can be negative at all.

---

Электростимуляция мозга: есть ли опасность?

В процессе электростимуляции на мозг воздействуют током очень слабой силы – всего 1-2 миллиампера. Это примерно столько же, сколько светлячок тратит для того, чтобы светиться. Да и в принципе, процедура вполне безопасна. Серьезных побочных эффектов при ней не наблюдается (а по теме опубликовано уже больше 12500 научных статей) – иногда только зуд в коже в зоне прикрепления электродов, покалывание, жжение и ощущение дискомфорта, в редких случаях – головная боль. Есть, однако, риск, что улучшение одних функций мозга приведет к ухудшению других. Например, в одном из исследований Кохена Кадоша стимуляция мозга помогала испытуемым запоминать систему символов, имеющих числовые соответствия (например, курица=1, яйцо=5), но им было сложнее использовать полученные знания в другом задании, по сравнению с испытуемыми, которые запоминали все без стимуляции.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что эффект tDCS сильно зависит от стимулируемого участка мозга и задачи, которую мозг должен выполнять. В случае неправильно выбранной зоны мозга и типа воздействия (полярности электродов) – эффект вполне может стать негативным.

Startups

After investigation boom about TDCS began to appear startups in USA creating electrical stimulators for healthy people. The first one was “foc.us”, which proposed the devices to gamers, but then included into primary audience people training sports. Then it was appeared such startups as “Apex” and “PriorMind”. It is known that another one American startup “Thync” gained for investigation 13 million dollars. But such companies didn’t deliver their products to Russian Federation. And 2015 it was declared about appearance the first startup in Russia about unmedical TDCS device “Neuron stimulator Brainstorm”; the organizers told about crowd funding by which it will be possible to order the first devices.

---

Стартапы

После всплеска числа исследований о tDCS, в Америке начали появляться стартапы, создающие электростимуляторы для здоровых людей. Первым из них стал «foc.us», исходно предлагавший приборы геймерам, но затем включивший в целевую аудиторию и людей, занимающихся спортом. Затем появились стартапы «Apex» и «PriorMind». Есть сообщения, что ещё один американский стартап «Thync» привлек на разработку своего прибора 13 миллионов долларов. Однако эти компании не доставляют свою продукцию в Россию. А в 2015 году было заявлено о появлении первого в России стартапа немедицинского tDCS прибора «Нейростимулятор Brainstorm»; организаторы обещают провести в июне краудфандинг, во время которого можно будет заказать первые приборы.

---

• Article published with permission of the author @enjoyman with resource https://geektimes.ru
• Статья опубликована с разрешения автора @enjoyman с ресурса https://geektimes.ru

---

@gavvet features authors to promote new authors and a diversity of content. All STEEM Dollars for this post go to the featured author.
@mixa is part of my current effort to promote foreign language writers writing in English and Russian