En kort session med hjärnzappning kan vända vissa av effekterna av åldrande hos äldre vuxna, antyder en ny studie.
Tekniken är ännu inte klar för icke-experimentell användning och det är inte klart hur länge fördelarna varar. Men studieförfattarna sa att de hoppas att deras resultat kommer att sätta scenen för att förbättra kognitionen hos både friska vuxna och hos människor som upplever Alzheimers och andra typer av demens.
"Dessa fynd är viktiga eftersom de inte bara ger oss nya insikter i hjärnbasen för åldersrelaterat arbetsminnesnedgång, utan de visar oss också att de negativa åldersrelaterade förändringarna inte är oföränderliga", säger studieledaren Robert Reinhart, en neurovetenskap vid Boston University.
Resultaten publicerades idag (8 april) i tidskriften Nature Neuroscience.
Fungerande minne
Reinhart och hans medförfattare, doktorand John Nguyen, fokuserade sin studie på en aspekt av kognition som kallas arbetsminne. Detta är hjärnans skissblock, sa Reinhart i en pressöversikt. Det gör att människor kan hålla information i aktiv användning i några sekunder åt gången, vilket underlättar alla typer av viktiga uppgifter, från att utföra mental matematik till läsning till ett samtal. Forskning har visat att arbetsminnet är en viktig del av intelligensen, berättade Reinhart till reportrar.
Men arbetsminnet minskar över vuxen ålder. Minskningen är inte dramatisk, men det är tillräckligt betydande att äldre vuxna presterar sämre, i genomsnitt, på arbetsminnesuppgifter än yngre vuxna. Reinhart och Nguyen ville se om de kunde ta reda på varför - och kanske ändra den banan.
Forskarna rekryterade 42 vuxna i åldrarna 20 till 29 och 42 äldre vuxna i åldrarna 60 till 76; forskarna bad deltagarna att genomföra en arbetsminnesuppgift medan deras hjärnaktivitet övervakades med elektroencefalogram. Uppgiften var ett enkelt "hitta skillnaderna" -spel, där deltagarna såg två mycket liknande bilder på en skärm kort efter varandra och var tvungna att identifiera vad som var annorlunda med den andra bilden. Alla deltagare var friska utan diagnoser av demens eller andra kognitiva problem.
Under vissa sessioner gjorde deltagarna uppgiften medan deras hjärna stimulerades lätt med en icke-invasiv elektrisk metod som kallas transkraniell växelströmstimulering. Med hjälp av elektroder i hårbotten pulserade forskarna rytmisk elektrisk stimulering till prefrontala och temporala hjärnområden. Kommunikation mellan dessa regioner, på framsidan och sidorna av hjärnan, anses vara viktig för arbetsminnet.
Hjärnförstärkare
Experimentet var dubbelblint, så varken deltagare eller forskare visste när deltagarna fick hjärnstimulering. Utöver en initial prickande känsla i hårbotten känns inte stimuleringen som någonting, sade Reinhart. (För att lura deltagarna under skamsessioner gav forskarna dem 30 sekunder med lätt elektrisk ström genom elektroderna och efterliknade denna känsla.) Deltagarna kom in i olika dagar för deras skam och riktiga sessioner, och stimuleringen varade i 25 minuter.
Före någon stimulans presterade äldre vuxna mindre bra på arbetsminnesuppgiften än den yngre kohorten. Noggrannhet hos yngre vuxna var i genomsnitt cirka 90%, med poäng från höga 80-talet till nästan 100% korrekt. Hos äldre vuxna var genomsnittet närmare 80%, med poäng från låga 70-talet till mitten av 80-talet.
Stimulering stängde det gapet. Inom cirka 12 minuter från början av hjärnstimulering började äldre vuxna att prestera såväl som den yngre gruppen. Denna förbättring fortsatte så länge som experimentet varade, 50 minuter efter att stimuleringen avbröts.
"Vi såg inte effekterna ner till baslinjen eller ens trender ner till baslinjenivå," sade Reinhart. Forskarna har inte experimenterat för att se hur länge resultaten varar, men resultat från annan forskning om hjärnstimulering tyder på att effekterna kan kvarstå i flera timmar, sade han.
I uppföljningsexperiment med ytterligare 49 äldre och yngre vuxna testade forskarna effekterna av hjärnstimulering på unga vuxna som hade de lägsta poäng för arbetsminnet. Dessa ungdomar fick också en uppsving, fann forskarna.
"Jag tror att det är möjligt att typ av turbo till och med normal, hälsosam kognitiv funktion, inklusive hos unga människor," sade Reinhart.
Synkronisera
Studien gjordes imponerande, säger Walter Paulus och Zsolt Turi, båda kliniska neurofysiologer vid University Medical Center Göttingen i Tyskland, som inte deltog i forskningen. Forskarna kontrollerade sitt eget arbete med uppföljningsprover av deltagare, vilket ökar förtroendet för resultaten, sa Turi till Live Science.
Men det finns fortfarande arbete att göra, varnade Paulus. Redan, berättade han för Live Science, säljer vissa företag enheter avsedda att stimulera hjärnan genom skallen. Men som Reinhart och Nguyens studie visar, behöver hjärnstimulering anpassas. Forskarna gjorde mycket inledande arbete för att se till att de placerade elektroder korrekt och levererade rätt stimulering för att förbättra hjärnfunktionen.
"Om du avviker från protokollet kan du sluta med antingen inga resultat eller också i kontraproduktiva resultat," sade Paulus.
Med ytterligare forskning har tekniken dock lovat att användas hos patienter, tillade han.
Stimuleringen verkade vända nedgången av åldrande av några viktiga skäl, sade Reinhart. Först riktade den snävt den prefrontala cortex och den temporala loben. Hos unga vuxna som använder sitt arbetsminne, synkroniserar dessa två områden deras aktivitetsrytm. Ju hårdare synkroniseringen - ett lågfrekvensmönster runt 8 hertz verkar vara den söta platsen - desto bättre arbetsminne fungerar, sade Reinhart.
Hos äldre vuxna försvinner denna snäva synkronisering, vilket verkar vara roten till arbetsminnets nedgång.
Det leder till det andra viktiga inslaget i hjärnstimuleringen: dess rytmiskhet. Forskarna pulserade växelström anpassad till personernas naturliga hjärnrytmer till dessa områden. I huvudsak får pulsen de två områdena att prata igen.
"Vi synkroniserar dessa hjärnområden som är okopplade eller okorrelerade eller mindre synkroniserade hos äldre," sade Reinhart.
De unga vuxna som var sämre på arbetsminnesuppgiften hade också relativt desynkroniserad hjärnprat, konstaterade Reinhart.
De nya resultaten är en utgångspunkt, sade Reinhart. Redan har forskarteamet börjat driva sina studier på områdena sjukdom och störning. Forskarna har funnit, men ännu inte publicerat, bevis på att äldre vuxna med fler demenssymtom (men inte fullblåst demens) visar sämre hjärnsynkronisering i både arbetsminne och långvariga minnesregioner. Detta kan innebära att hjärnsynkroniseringstekniken kan vara en icke-invasiv behandling för Alzheimers och andra former av demens, sade Reinhart.
Forskarna har också funnit att de kan stimulera hjärnan med rytmer som desynkroniserar hjärnregioner.
"Det är bra för nästa kliniska steg, eftersom vi vet att det finns hjärnstörningar som kännetecknas av hypokonnektivitet, som autism, schizofreni och Alzheimers, men sedan finns det också störningar som kännetecknas av för mycket hjärnanslutning, som Parkinson och epilepsi," sade Reinhart. "början på ett verktyg som både kan synkronisera och göra din hjärna mer ansluten och desynkronisera och göra din hjärna mindre ansluten."
