Биология

Катодная электростимуляция мозга в области зоны Вернике может помочь лучше запоминать абстрактные слова

Основные экспериментальные процедуры

Основные экспериментальные процедуры

Исследователи из лаборатории поведенческой нейродинамики СПбГУ изучили, каким образом разные виды транскраниальной электрической стимуляции (ТЭС) мозга влияют на изучение новых слов. Эксперименты показали, что катодная ТЭС зоны Вернике позволяет испытуемым лучше запомнить новые абстрактные слова — те, которые обозначают идеи и отвлеченные понятия. Результаты исследования, опубликованные в журнале Scientific Reports, в будущем могут помочь в создании новых вспомогательных нейротехнологий и реабилитации людей с когнитивными нарушениями.

Метод транскраниальной электростимуляции представляет собой неинвазивное воздействие на ткани мозга постоянным током — к конкретным местам на голове пациентов или испытуемых прикладывают электроды, создающие слабое электрическое поле. Сегодня его применяют для самых разных целей: от лечения депрессий и болевых синдромов до лучшего запоминания новых слов и даже спортивных техник.

Во время стимуляции активный электрод может передавать положительный электрический заряд (анодная стимуляция) или отрицательный (катодная). Научные исследования показывают, что анодная ТЭС приводит к деполяризации нейронов, и считается, что это повышает вероятность их возбуждения при поступлении новой информации. А вот катодная ТЭС, напротив, подавляет возбудимость нейронов, что, казалось бы, должно негативно влиять на изучение новых слов. Однако работа ученых СПбГУ показала, что в случае со сложными когнитивными функциями, а именно с речью, все обстоит не совсем так.

Исследователи провели следующий эксперимент. Участников разделили на три группы по 24 человека. Две из групп получали катодную или анодную стимуляцию зоны Вернике — это часть коры головного мозга, связанная с восприятием речи; еще одна группа — контрольная, в ней испытуемые получали псевдостимуляцию (или плацебо-стимуляцию), при которой ток в электроды не подавался. После этого испытуемые изучали новые конкретные и абстрактные слова на русском языке, значение которых им необходимо было выявить из контекста коротких историй. Результаты обучения оценивались с помощью лексических и семантических заданий как сразу после обучения, так и на следующий день — чтобы выявить эффекты так называемой консолидации памяти.

Чтобы все участники оказались в одинаковых условиях, ученые отобрали очень редко используемые понятия (например: старинная сумка из дуба, бересты, щепы) или понятия из других языков, слов для которых в русском не существует (например: непостижимая сила произведения искусства, которая глубоко трогает человека). Кроме того, исследователи придумали псевдослова, напоминающие русские. Строились они таким образом: брали два русских слова, и в псевдослове использовали первые два слога от одного и последний — от другого (например: «барбарис» и «первенец» превращались в «барбанец»). Одно из контекстных предложений звучало так: «Натуралист Геннадий по характерному запаху понял: рядом барбанец».

Успешность прохождения тестов оказалась разной в зависимости от типа ТЭС, типа слов (абстрактные/конкретные) и проверочных заданий. В группах с анодной и псевдостимуляцией на второй день результаты по усвоению абстрактной семантики были ниже, чем в первый день, — произошло предсказуемое естественное забывание. Однако в катодной группе такое снижение не наблюдалось. Кроме того, обе стимуляционные группы оказались в целом более успешными по сравнению с группой, получившей псевдо-стимуляцию. Особенно ярко этот эффект проявился для абстрактной семантики после катодной ТЭС.

«Наше исследование показало, что в обработке абстрактной и конкретной семантики участвуют различные, но частично пересекающиеся нейронные механизмы. Мы видим, что в усвоении абстрактных слов ключевую роль играют основные языковые области. Причем их катодная электростимуляция делает этот процесс более эффективным», — рассказала первый автор статьи, научный сотрудник лаборатории поведенческой нейродинамики СПбГУ Диана Курмакаева.

Исследовательница отметила, что полученные результаты в будущем могут быть полезны для реабилитации людей с речевыми нарушениями, например после травм головного мозга или инсультов. В некоторых случаях у таких пациентов сохраняется способность оперировать конкретными понятиями, но пропадает — абстрактными. Так как эта информация по-разному обрабатывается и хранится в мозге, важно знать конкретные зоны и характеристики воздействия на них, чтобы помогать людям восстанавливаться после травм.

Следующим этапом исследования станет изучение влияния различных видов ТЭС на другую область — зону Брока. Это второй важнейший речевой центр в головном мозге человека, который главным образом отвечает за производство речи.