Научные способы улучшить внимание: ноотропы, нейроинтерфейсы и электростимуляция

Здоровье Наука Разум Читать 23 ноября

Автор: enjoyman.

Данная статья была опубликована на сайте «habr», 19.11.18.

Как усилить концентрацию внимания? Для этого существует много бытовых советов, например, использовать наушники с шумоподавлением, выработать привычку работать под музыку одного стиля, блокировать сайты, на которые чаще всего отвлекаешься, ложиться по будильнику, заниматься спортом и класть все важные вещи в нужные места.

В этой статье я попытался копнуть глубже и посмотреть, что знают о концентрации внимания эксперты-нейробиологи, а также понять, какие методы улучшения внимания доказаны в научных исследованиях, желательно в нескольких двойных слепых и плацебо-контролируемых. Без этого, мы, к сожалению, остаемся в рамках личных мнений, индивидуальных особенностей и самовнушения. В первую очередь, меня интересовали методы, позволяющие не отрываться от работы или учебы, грубо говоря те, которые можно использовать, сидя перед монитором компьютера.

Под катом описано современное состояние нейробиологических исследований в области концентрации внимания и приведен сравнительный обзор различных фармакологических стимуляторов, ноотропов и нейротехнологий для увеличения концентрации. Часто такие технологии используют не понимая, как они работают (и работают ли вообще), и я надеюсь, что после этого обзора путаницы станет меньше.

Концентрация внимания: как это работает?

С точки зрения нейробиологии, для описания внимания вводят 3 различные системы. Первая отвечает за бдительность, или «настороженность». Она поддерживает когнитивную систему на достаточном уровне активности и готовит её к быстрому ответу. Вторая система «исполнительного контроля» специализируется на процессах более высокого уровня, например, на разрешении конфликтов между различными системами или обнаружении ошибок. А третья система, отвечающая за «ориентацию», определяет нахождение источника сигнала и ускоряет его обработку.

Для удобства описания этих систем нейробиологи используют так называемый «эффект коктейльной вечеринки». «Настороженность» возникает, когда в оживленной обстановке человек слышит среди шума и разговоров знакомое имя. «Ориентация» происходит, когда он определяет, где и кто говорит, а система «исполнительного контроля» позволяет не отвлекаться в это время на другие голоса и звуки.

Как выяснялось, функционирование этих систем связано с определенными областями головного мозга и особым набором нейромедиаторов – веществ, позволяющих передавать сигнал от одной нервной клетки к другой. Возможно, приведенное ниже описание механизмов внимания будет излишне подробным, однако без этого, на мой взгляд, невозможно понять, как действуют на мозг те или иные ноотропы и нейротехнологии, стимулирующие внимание.

За работу системы «настороженности» отвечает в основном правое полушарие, зоны фронтальной и теменной коры. Повреждения этих областей при травмах головного мозга приводят к потере способности поддерживать внимание усилием воли. Кроме того, в работу системы настороженности вовлечены нейроны, располагающиеся во всей толще мозга (от среднего мозга до коры больших полушарий), которые используют в качестве нейромедиатора ацетилхолин.

Визуализация активности коры головного мозга человека (методом ФМРТ) во время выполнения заданий, требующих бдительности. Цветные пиксели (красный, зеленый, желтый) указывают на активацию зон правого полушария, в сравнении с левым, в результате выполнения различных тестов на внимание. По Shulman, 2010.

Вторая система внимания, ответственная за «ориентацию», занимается выбором наиболее важной информации из всего многообразия поступающих стимулов. За ее работу отвечает затылочная, височная и первичная моторная кора – области мозга, осуществляющие обработку зрительной, слуховой и осязательной информации.

В работу этой системы также вовлечены нейроны, использующие нейромедиатор ацетилхолин, и участвующие в передаче сенсорной информации от органов чувств к коре полушарий. Передача сенсорных сигналов идет через таламус – подкорковый интегративный центр, пропускающий к полушариям только часть сигналов, а остальную – либо блокирующий, либо ослабляющий. 
В состоянии сосредоточенности «ориентационная» система внимания начинает существенно изменять фильтрацию поступающей от органов чувств информации.

Система исполнительного контроля осуществляет более сложные операции по разрешению конфликтов между процессами, происходящими в разных областях мозга. Для её исследования в нейробиологии используют так называемые «конфликтные задания», в которых выполнению тестов мешают отвлекающие стимулы. Если посмотреть на то, как работает в это время мозг людей, то видно, что активируются области фронтальной коры больших полушарий: часть передней поясной и префронтальной коры:

ФМРТ головного мозга человека во время выполнения «конфликтных заданий». Красным и желтым выделены активировавшиеся зоны коры (передней поясной – А, префронтальной – С). По Kerns, 2004.

Данные области связаны еще и с дофаминергической системой головного мозга. Туда посылают свои отростки (аксоны) нейроны среднего мозга, использующие в качестве нейромедиатора дофамин.

Все научные подходы для улучшения внимания, о которых речь пойдет ниже, нацелены на описанные в этом разделе биологические пути. Психостимуляторы и ноотропы, в первую очередь, влияют на передачу нейромедиаторов, а нейротехнологии (тренировки по методу биологической обратной связи и электростимуляция мозга) – неинвазивно воздействуют на работу определенных зон коры, оптимизируя их активность.

В научных исследованиях ноотропы и нейротехнологии являются основными способами улучшения внимания как у пациентов, так и в случае здоровых людей. Их начали активно исследовать более 50-ти лет назад, причем интерес к ним возник почти одновременно. В 1964-м году бельгийские фармакологи синтезировали пирацетам, в 1966 физиолог Дэниел Альберт выяснил, что стимуляция мозга микротоками может изменять возбудимость нейронов, а в 1968-м американец Джо Камия обнаружил, что человек может произвольно изменить параметры своей ЭЭГ (волновую активность мозга) при наличии обратной связи о её текущих значениях.

Эти подходы стали постепенно проникать в обычную жизнь: уже через 10 лет ноотропы начали самостоятельно использовать здоровые люди, а с отставанием в несколько десятилетий популярность набирают и нейротехнологии. Сегодняшняя мода на биохакинг только подстегивает этот интерес.

В этой статье я решил разобраться, какая научная база лежит в основе подобных методов, и вникнуть в существующие научные статьи. Тем более, что поиск эффективных способов повышения концентрации актуален и для меня самого.

Нейротехнологии для улучшения внимания

Нейроинтерфейсы

В области нейротехнологий существует два основных подхода к улучшению внимания: считывание информации о работе мозга и демонстрация её пользователю по принципу биологической обратной связи (БОС-тренировки), и изменение активности зон мозга путем электростимуляции.

Когнитивные тренировки по методу БОС устроены следующим образом. Человек выполняет определенный компьютерный тест, во время которого при помощи ЭЭГ (электроэнцефалографии) определяют функциональное состояние его мозга. Эта информация обрабатывается и демонстрируется пользователю на экране. Так он узнает о степени собственной сосредоточенности или, наоборот, расслабленности и корректирует выполнение задания. С легкой руки ученых такой БОС-интерфейс получил название «физиологического зеркала».

Структура тренировки по методу биологической обратной связи. Активность определенных зон головного мозга определяется при помощи ЭЭГ (или фМРТ). Данные обрабатываются в режиме реального времени и демонстрируются испытуемому. Например, чем выше уровень «термометра», тем лучше концентрация внимания. Учитывая эту информацию, человек учится контролировать свои состояния. По Scharnowski, Weiskopf, 2015

Медицинские исследования БОС-тренировок начались ещё в 60-х годах. С этого времени технологию стали применять для лечения СДВГ (синдрома дефицита внимания и гиперактивности), аутизмаэпилепсии, бессонницы и депрессии. Если углубиться в нейробиологию, то принцип БОС-тренировок основывается на том, что о когнитивных состояниях человека можно судить по электрической активности его головного мозга. Метод ЭЭГ позволяет зарегистрировать несколько типов электрических колебаний, которые имеют четкую связь с расслабленным или, наоборот, сосредоточенным состоянием.

Альфа-ритм (колебания 8-13 Гц) возникает, когда мы закрываем глаза и начинаем расслабляться; бета-ритм (14-40 Гц) и сенсомоторный ритм связаны с бодрствованием и фокусированием внимания, а гамма-ритм (>30 Гц) наблюдается при максимальной концентрации. Дельта-ритм (1-4 Гц), напротив, характерен для сна, а тета-ритм (4-8 Гц) – для состояния сонливости.

Вот типичный пример энцефалограммы. В данном случае человек сначала лежит с закрытыми глазами, а затем открывает их (красная стрелка):

Изменение волновой активности мозга после того, как человек открыл глаза. График демонстрирует, что альфа-ритм (подчеркнут красным) исчезает в момент открытия глаз (отмечен красной стрелкой). По Uri Shaked, 2017.

При нарушениях внимания часто наблюдается усиленный тета-ритм в лобных долях, а также нарушения бета- и сенсомоторного ритмов. Их оптимизацию и осуществляют при БОС-терапиях, в том числе при лечении СДВГ.

Что касается применения БОС-интерфейсов на здоровых людях, то таких исследований пока мало – мне удалось найти всего несколько качественных научных работ. При этом все они демонстрируют, что БОС-тренировки обладают статистически достоверной, но слабой или умеренной эффективностью.

В недавнем исследовании австрийских ученых ежедневные БОС-тренировки улучшили бдительность и пространственное внимание здоровых добровольцев. Тренировки заключались в том, что испытуемым демонстрировали круг, размер которого увеличивался по мере увеличения их сосредоточенности. А концентрацию внимания оценивали в стандартных тестах, требующих повернуть фигуру в уме или в тестах «Go/No-Go». Смысл такого задания в том, что, получая сигнал «Go» (изображение креста зеленого цвета), человек должен как можно скорее нажать на кнопку, а в ситуации «No Go» (при появлении креста синего цвета), нажимать не нужно, и он должен затормозить начатое движение (см. рис. ниже).

После 6-ти недель ежедневных БОС-тренировок скорость выполнения каждого задания увеличиласьна 17-18 мс (что составило 5-6%-улучшение), а точность выполнения возросла на 16% относительно плацебо-контроля.

Сверху слева: БОС-тренировка для улучшения концентрации внимания. Размер белого круга растет с увеличением концентрации. 
Сверху справа: Тест на пространственное мышление. Требуется определить, какая из нижних фигур является повернутой в пространстве копией верхней. 
Снизу: Тест «Go/No-Go», требующий быстро реагировать на целевой стимул (зеленый крест) и не реагировать на отвлекающий стимул (синий крест). По Doppelmayr & Weber, 2011.

Еще несколько исследований были проведены на студентах музыкальных училищ. Они подтвердили эффективность БОС-тренировок, показав, что через 5 недель эксперимента уровень концентрации внимания возрастает на несколько процентов. Сходных результатов добились и в исследованиях на 11-летних детях. Исследования также демонстрируют безболезненность и безопасность метода.

Что касается применения в обычной жизни, то БОС-тренировки уже несколько лет назад начали коммерциализировать. Сейчас активно продаётся несколько пользовательских нейрогаджетов, например, Нейрообруч Muse и Нейрошлем Emotiv Epoc. Все они предназначены для тренировки внимания или расслабления.

Слева направо: Нейрообруч Muse, Нейрошлем Emotiv Epoc, Визуализация активности головного мозга при помощи Emotiv Epoc.

Нейрообруч Muse измеряет активность мозга при помощи 4-х электродов для ЭЭГ, обрабатывает её и транслирует пользователю в наушники расслабляющую или бодрящую музыку. Кроме того, информация может визуализироваться на экране смартфона. Нейрошлем Emotiv Epoc работает аналогичным образом, считывая информацию о работе мозга с помощью 14-ти электродов. Дополнительным плюсом данных гаджетов является постоянно увеличивающаяся база приложений для тренировки. Если надоело пользоваться одним приложением, можно переключиться на другое.

Суммируя информацию по БОС-интерфейсам, можно сказать, что научных исследований немного, но они говорят в пользу эффективности технологии. Однако надо учитывать, что требуется не меньше месяца ежедневных тренировок, чтобы улучшение внимания стало заметным. Это является большим сроком и несопоставимо с исследованиями ноотропов или электростимуляции (см. ниже), в которых эффекты часто наблюдаются уже после одного сеанса. Ну и нельзя не учитывать, что существует проблема «нечувствительности» к нейрокомпьютерным интерфейсам, то есть БОС-тренировки не работают для очень существенного процента людей, по разным оценкам – от 15-ти до 30%. И для них БОС-интерфейсы станут пустой тратой времени и денег.

Так что в целом, на мой взгляд, использование подобных нейроинтерфейсов является всё-таки скорее приятным развлечением, нежели действительно эффективным способом улучшения внимания.

Электростимуляция мозга

Другой неинвазивный способ улучшения внимания – это транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS). Как и в случае с БОС-интерфейсами, она пришла из медицины, где её более 30 лет используют для лечения депрессиихронической болиболезни Альцгеймера и при восстановлении после инсульта. В России она тоже активно используется – в основном для терапии задержек развития у детей, и считается очень эффективным средством лечения СДВГ. По информации российских мед центров, в результате электростимуляции улучшение наступает у 77% детей.
Исследования tDCS на здоровых людях начались в 2000-х годах, и сейчас их уже довольно много. Первыми электростимуляцию стали использовать американские военные – для ускорения обучения пехотинцев и пилотов на видеосимуляторах. Новобранцы тренировались обнаруживать скрытые угрозы (заложенные бомбы или тени от снайперов) в виртуальной игре и как можно быстрее на них реагировать. В этих исследованиях tDCS фронтальной коры увеличила скорость обучения людей более чем в 2 раза, по сравнению с плацебо имитацией tDCS, что по меркам нейробиологии является очень значительным эффектом.

Выдержка из отчета американского оборонного агентства DARPA. Стимуляция правой височной области при помощи постоянного тока силой 2 миллиампера привела к увеличению точности выполнения теста в 2,1 раза (рис. справа — красный столбик), по сравнению с плацебо контролем (синий столбик).

Затем военные исследования показали, что электростимуляция может улучшать работоспособность людей, страдающих от недосыпа. Эксперименты проводились на служащих американских военных бази затем были повторены на военных летчиках. Улучшение продуктивности в результате tDCS было долгосрочным и сохранялось на протяжении суток (в течение которых люди по-прежнему были лишены сна). Это, кстати, примерно в 2 раза дольше, чем в случае использования стандартных психостимуляторов, применяемых для борьбы с усталостью – амфетаминов и модафинила.

Затем электростимуляцию стали исследовать для улучшения других когнитивных функций здоровых людей, в том числе – концентрации вниманиярабочей памяти, реакции и моторного обучения. TDCS уже несколько лет используется спортсменами американской олимпийской сборной – прыгунами на лыжах с трамплина и велосипедистами. Несколько научных исследований показывают, что электростимуляция моторной коры способна увеличивать выносливостьсилу мышц, технику движений и сенсорно-моторную адаптацию.

В рамках этого обзора у меня, к сожалению, нет возможности подробно остановиться на всех когнитивных эффектах tDCS у здоровых людей. Однако я написал о них раньше несколько статей, так как сам являюсь поклонником этой технологии. Здесь же я постараюсь поглубже вникнуть только в научные статьи касательно концентрации внимания.

Использование tDCS для тренировки военных на видеосимуляторах и во время спортивных тренировок.

Что касается принципов действия электростимуляции на мозг, то процедура устроена следующим образом. К коже головы прикрепляют два электрода, через которые подается слабый постоянный ток силой 1-2 миллиампера. Воздействие анодом («+» электрод) снижает разницу потенциалов на мембране нейронов, что делает их более чувствительными к возбуждению. Воздействие на нейроны катодом («-» электрод) имеет обратный эффект.

При многократном применении, анодная tDCS влияет на синаптическую пластичность – изменяет структуру контактов между нервными клетками и увеличивает плотность этих контактов, что благотворно сказывается на процессах памяти и обучения. В масштабах всего мозга tDCS приводит к увеличению активности определенных областей больших полушарий:

Увеличение активности головного мозга при tDCS теменной коры. Цветом выделены области активации головного мозга при tDCS (верхний ряд), по сравнению с плацебо стимуляцией (нижний ряд). Во время проведения tDCS и плацебо-tDCS все испытуемые выполняли задания на внимание. По Callan, 2016.

В научных исследованиях для улучшения концентрации внимания обычно проводят tDCS префронтальной коры. В 2017 году вышла статья австрийских ученых о том, что стимуляция этой зоны влияет на внимание и реакцию в слепом плацебо-контролируемом научном исследовании. В исследовании участвовали 87 здоровых добровольца, которые 4 дня подряд тренировались выполнять когнитивные тесты в нейростимуляторах. Чтобы исключить эффект самовнушения, у части людей tDCS имитировали. 
Оказалось, что электростимуляция повысила точность выполнения заданий на 15%, а скорость реакции возросла на 30%, по сравнению с плацебо-группой. Хочу отметить, что это высокие показатели эффективности, так как в научных исследованиях редко наблюдается ускорение реакции больше, чем на 10-15% (см. ниже. психостимуляторы и ноотропы).

Слева: Тест на зрительное внимание. Необходимо как можно быстрее найти букву «T» среди букв «L». По центру: Изменение реакции в результате использования tDCS. На графике отражена скорость реакции в случае анодной tDCS (красная линия); плацебо tDCS (черная линия); катодной (ингибирующей) tDCS (синяя линия). Справа: Расположение электродов во время эксперимента. Анод (красный электрод) расположен в области префронтальной коры. По Filmer, 2017.

Электростимуляция улучшает внимание и в более сложных экспериментах. Например, в тесте Стернберга – комплексном задании на рабочую память, избирательное внимание и концентрацию (см. рис. ниже). 10 минут tDCS увеличили скорость даваемых ответов на 100-140 миллисекунд (что являлось примерно 10%-улучшением). А в совсем свежем исследовании британских ученых электростимуляция улучшила исполнительное внимание на 15-18% (см. рис. ниже). Сходные результаты были получены еще в нескольких экспериментах.

Cлева: Тест Стернберга. Испытуемому последовательно демонстрируется набор №1 из слов/изображений/цифр. Затем демонстрируется («отвлекающий») набор №2 из новых слов/изображений/цифр. А после небольшой задержки показывается набор №3, и необходимо выбрать те слова/изображения/цифры, которые были в наборе №1, но не в наборе №2. По Brodziak, 2014. 
Справа: Тест на исполнительное внимание (тест нейрональных сетей внимания, или Ant). Испытуемым необходимо как можно скорее определить направление центральной рыбы/стрелки (обведена красным) и отреагировать нажатием клавиши. По Yoshida, Burling, 2012.

Интересно, что помимо концентрации внимания, электростимуляция префронтальной коры имеет ряд других когнитивных эффектов. Например, приводит к улучшению памятиречевой деятельности и продуктивности работы. Кроме того, для улучшения внимания проводят стимуляцию ещё одной области мозга – правой теменной коры, что улучшает визуальное и пространственное внимание, а также зрительную ориентацию.

Что касается побочного действия, то в целом, электростимуляция считается безопасным методом. За 20 лет её использования опасных побочных эффектов зафиксировано не было. Однако она может вызывать зуд, жжение и раздражение кожи под электродами, головокружение и головную боль. К такому выводу пришел систематический анализ исследований tDCS, проведенных с 1998 года.

Несмотря на то, что в лаборатории процедура tDCS считается безопасной, ученые обеспокоены тем, что всё больше людей используют электростимуляцию дома самостоятельно, и предостерегают от злоупотребления этим методом. В первую очередь, ученых беспокоит, что биохакеры могут пренебрегать правилами проведения tDCS: вместо положенных 15-20 минут процедуры стимулировать себя гораздо дольше и проводить tDCS ежедневно месяцами, а то и годами, хотя такой режим воздействия в не исследован, и последствия его неизвестны.

Действительно, в последние 5-6 лет электростимуляция входит в моду у биохакеров. Но эта мода, однако, почти не выходит за пределы Калифорнии. Точная цифра числа людей, использующих tDCS самостоятельно, неизвестна, однако косвенные оценки позволяют сделать вывод, что речь идет о десятках тысяч людей. На одном форуме Reddit в разделе tDCS более 11 000 подписчиков.

Биохакеры, использующие tDCS, уже сами успели побывать объектом нескольких исследований. Все эти работы сходятся на том, что применяютэлектростимуляцию в основном мужчины, чаще всего – от 30 до 45 лет. 61% пользователей имеют законченное высшее образование, а у 16%, помимо этого, есть степень PhD. И 92% этих людей хотя бы иногда читают научные статьи.

Социологические опросы показывают, что впечатления от электростимуляции в целом положительные. Почти половина (44%) оценивают свой опыт, как «удачный» и «очень удачный». Примерно 41% оценивают эффект от tDCS, как «средний» и 14% — как «неудачный».

Проводят электростимуляцию в «домашних условиях» преимущественно для улучшения концентрации внимания, обучения и памяти. Однако встречается и «медицинское» использование электростимуляции – в основном от депрессии. На рынке уже около 5-ти лет присутствуют пользовательские tDCS приборы, их производят несколько компаний в США («Brain Stimulator»«Brain Driver», «Foc.us»), Гонконге («Priormind») и России («Нейростимулятор Brainstorm»).

В целом, исследования электростимуляции для улучшения внимания здоровых людей ещё ведутся, но полученных данных, на мой взгляд, уже достаточно, чтобы говорить о её эффективности. Плюсом также является то, что технология действует неинвазивно и локально и не изменяет биохимию мозга, имеет меньшие побочных эффектов и не вызывает зависимости. Это выгодно отличает её от психостимуляторов и ноотропов, о которых речь пойдет ниже.

Стимуляторы и ноотропы для улучшения внимания

Теперь я перехожу к самому обширному разделу этой статьи – фармакологическим стимуляторам. Если нейротехнологии начали использоваться здоровыми людьми только в последние 5-6 лет, то ноотропы популярны уже на протяжении нескольких десятилетий. Первоначально они также разрабатывались в психиатрии – для лечения умственных нарушенийпри болезни Альцгеймера и шизофрении, повреждениях областей коры больших полушарий и СДВГ.

Впоследствии многие препараты были протестированы и на здоровых людях, в первую очередь на тех, кто занимается деятельностью, требующей мобилизации умственных и физических ресурсов – студентах, врачах, солдатах. Оказалось, что и в этом случае некоторые из этих веществ могут быть эффективны. В разное время различные стимуляторы систематически применялись солдатами французского Иностранного Легиона, Военно-Воздушными Силами США и Индии, вооруженными силами Великобританииастронавтами на МКС.

Другие препараты не были исследованы на здоровых людях, или не оказались для них эффективными, однако в силу некоторых причин всё равно стали активно использоваться здоровыми людьми для улучшения своего умственного потенциала. Так что определение «фейковых» ноотропов является одной из задач этого обзора.

По разным оценкам, ноотропы применяют миллионы людей в разных странах. Немецкое исследование 2015 года обнаружило, что 6,7% опрошенных принимают ноотропы всю свою жизнь. Опросы в университетах показали, что ноотропами увлекается от 2% до 25% студентов, причем большая частьстатейговорит о цифре в 10%-15%. А исследование, проведенное в одном из французских колледжей, выявило, что 67,4% студентов употребляли хотя бы один стимулятор на протяжении последнего года.

Беглый обзор информации на форумах и профильных сайтах показывает, что для улучшения внимания, как правило, используют такие препараты как ноотропил, фенотропил, глицин, метилфенидат, модафинил, леводопа и многие другие. Собственно задача состояла в том, чтобы понять, что из этого работает, и какие могут быть побочные эффекты.

Метилфенидат

Метилфенидат (или Ritalin) – является психостимулятором, который широко используют для лечения СДВГ у детей. Он способствует выходу нейромедиатора дофамина в синаптическую щель – область контакта между нервными клетками. Происходит это за счет того, что метилфенидат блокирует обратный захват дофамина нейронами, действуя по механизму, сходному с амфетаминами. Усиление выхода дофамина оказывает на нейроны стимулирующее действие – они активнее возбуждаются и передают нервный сигнал. На уровне целого мозга это сопровождается увеличением активностицелых зон коры.

Для лечения СДВГ метилфенидат одобрили еще в 1955 году, а в 1990-е в связи с ростом числа диагнозов СДВГ его начали прописывать очень часто. В последние два десятилетия метилфенидат начали активно принимать не только пациенты, но и обычные люди. Например, его активно используют студенты для подготовки к экзаменам, особенно в Европе и США, гораздо более часто, чем другие ноотропы. Однако научные исследования эффектов метилфенидата на здоровых людях содержат довольно противоречивую информацию, что особенно очевидно в отношении улучшения внимания.

С одной стороны, прием метилфенидата приводит к увеличению активности зон мозга, ответственных за внимание. Например, происходит активация областей передней поясной коры и теменной области:

Визуализация активности головного мозга (фМРТ) в ответ на прием метилфенидата в сочетании с выполнением тестов на внимание. (А) Передняя поясная кора, (Б) Правая нижняя теменная долька (С) Левая нижняя поясная долька. По Hester, 2012.

С другой стороны, научные работы, в которых эффективность метилфенидата оценивали в конкретных тестах на внимание, довольно противоречивы. Обзор 60-ти исследований на здоровых людяхобнаружил, что метилфенидат улучшал внимание или бдительность только в 29% работ. Это значит, что в остальном 71%-те исследований его эффекты не были статистически достоверными. Куда более эффективным метилфенидат оказался для улучшения рабочей памяти или скорости обработки информации (достоверное улучшение в 65%-ти и 48%-ми исследований, соответственно).

Однако стоит отметить, что в упомянутом выше обзоре анализировали эффекты однократного приема метилфенидата. Возможно, что повторное употребление препарата имело бы более выраженный эффект. Кроме того, в исследованиях, представленных в этом обзоре, использовались разные дозы вещества – от 5 до 45 мг. И прием малых доз вещества он часто оказывался неэффективен.

Если заглянуть в исследование, в котором здоровые добровольцы употребляли метилфенидат в большей дозе (45 мг вещества), то видно, что препарат достоверно улучшил целый ряд показателей в различных тестах на внимание, причем эффект был вполне существенным. В тестах на селективное внимание скорость реакции увеличивалась на 10%, а точность возрастала в 1,5 раза, по сравнению с плацебо-контролем.

Время ответа (слева) и количество ошибок (справа) в заданиях на внимание после приема различных доз (от 0 – до 45 мг) метилфенидата. Наблюдается снижение времени ответа (т.е. увеличение скорости), а также снижение числа ошибок. По Hermens, 2007.

Некоторое количество исследований было проведено и на пожилых людях. Однако эффект метилфенидата на их когнитивные функции (включая внимание) проявляется гораздо слабее, чем у молодых и чаще всего оказывается незначительным.

Интересно, что метилфенидат улучшает и такой аспект внимания, как способность быстро распознавать лица. В заданиях, требующих быстро и точно определить пол лица на фотографии, прием препарата увеличил точностьвыполнения заданий на несколько процентов.

Тест на селективное внимание – способность направлено распознавать лица. Вначале на экране появляется стрелка, указывающая направление. Затем в соответствующей стороне экрана возникает фотография лица, и испытуемому надо определить его пол, быстро нажав на соответствующую клавишу. Для отвлечения внимания с противоположной стороны экрана показывают другое лицо или искаженное изображение. По ter Huurne, 2015.

Таким образом, отдельные исследования говорят о достаточно высокой эффективности метилфенидата для улучшения внимания. Однако стоит отметить, что в научных работах пока нет консенсуса об оптимальных дозах и режиме использования метилфенидата для здоровых людей. С другой стороны, более убедительной является способность метилфенидата улучшать память и ускорять обработку информации.

Что касается побочного действия метилфенидата, то наиболее частые эффекты – это нервозность, тревога и бессонница. Также нередко наблюдаются аллергические реакции, анорексия, тошнота, головокружение, головная боль, депрессия. Кроме того, метилфенидат может негативно влиять на сердечно-сосудистую систему, приводить к быстрому повышению давления и пр. Прием больших доз может даже способствовать развитию психоза. Также неприятно, что он может вызвать зависимость. Подобные побочные эффекты являются достаточно большим недостатком препарата.

Кроме того, в России метилфенидат не продается, поскольку внесен в реестр запрещенных препаратов. Однако его можно купить в большинстве стран Европы и США, где он применяется в медицине для коррекции СДВГ.

Никотин

Читая статьи, неожиданно для самого себя я обнаружил, что согласно научным исследованиям, эффективным стимулятором внимания является никотин.

Он является агонистом никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (то есть действует на те нейроны, которые традиционно связывают с вниманием) и способствует выходу ацетилхолина, дофамина, серотонина, глутамата и других нейромедиаторов, вовлеченных в когнитивные процессы человека.

Никотин и другие никотиноподобные вещества уже давно применяются для борьбы с когнитивными нарушениями. Научные статьи демонстрируют, что никотин облегчает симптомы, возникающие при шизофрении, СДВГ, болезнях Альцгеймера, Паркинсона и возрастной нейродегенерации.

Никотин получил свое название от латинского названия табака Nicotiana tabacum, которое, в свою очередь, придумано в честь Жана Нико — посла Франции при португальском дворе, который в 1560 году отправил немного табака королеве Екатерине Медичи, порекомендовав его как средство от мигрени. В природе никотин служит растениям для защиты от насекомых и является ядом. Однако, как известно, в маленьких дозах яды могут быть даже полезны.

На сегодняшний день никотин стал одним из самых интенсивно исследуемых лекарств, и его эффекты на когнитивные способности человека подтверждены в десятках научных исследований. Например, мета-анализ 41 двойных слепых плацебо-контролируемых исследований на здоровых людях обнаружил, что никотин оказывает существенные положительные эффекты на 6 показателей, включая мелкую моторику, бодрость, внимание, скорость реакции, эпизодическую и рабочую память.

В большинстве описанных исследований никотин вводили способом, утвержденным FDA: с использованием жвачки или трансдермального пластыря. Чаще всего для достижения эффекта хватало однократного приема никотина. Интересно, что никотин также улучшал вождение и управление полетами в компьютерных симуляторах. Важно отметить, что данные исследования проводились либо на некурящих людях, либо на тех курящих, кто не испытывал недостатка в табаке. Вследствие этого авторы делают вывод о том, что наблюдаемые когнитивные улучшения не могли быть связаны с облегчением, вследствие возобновления курения. Это натолкнуло авторов статьи на предположение, что улучшение когнитивных функций, вызванное никотином, является одной из причин, почему люди начинают курить и не могут бросить.

Следует отметить, что эффективность никотина не только статистически достоверна, но часто оказывается весьма ощутима и на «бытовом» уровне. Так, например, в тестах на пространственное внимание, жвачка с никотином (в дозе 2 мг) улучшила скорость реакции на 30%, по сравнению с плацебо контролем. Это более эффективно, чем большинство других ноотропов, которые, как правило, улучшают этот показатель максимум на 15-20%. Улучшение на 30% наблюдалось только в нескольких экспериментах с использованием электростимуляции мозга (см. выше).

Механизм действия никотина на когнитивные функции человека до конца не выяснен. Возможно, он связан с активацией префронтальной и теменной коры, а также таламуса и гиппокампа – областей головного мозга, обеспечивающих процессы памяти и внимания.

Слева: Визуализация активности головного мозга людей, выполняющих задания на внимание и рабочую память (методом ФМРТ). Верхний ряд изображений демонстрирует активность коры головного мозга при выполнении самых простых заданий (0-back), нижний – самых сложных (3-back). 
Справа: Выделены зоны мозга, активировавшиеся у людей, принимавших никотин, по сравнению с плацебо. По Kumari, 2003.

Другие исследования, наоборот, демонстрируют, что никотин улучшает внимание за счет инактивации определенных нейронов. В связи с этим ученые выдвинули теорию о том, что никотин синхронизует высокочастотную активность мозга, и его эффекты связаны с одновременной активацией одних и инактивацией других регионов.

Несмотря на положительные эффекты никотина на внимание, не вызывает сомнений, что гораздо более верным решением для здоровья будет всё же бросить курить или же не начинать. В исследованиях показано, что не только курение сигарет, но и регулярное применение никотина в составе жвачек или пластырей, увеличивает риск заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной систем и желудочно-кишечного тракта. Никотин может снижать иммунный ответ, негативно влиять на репродуктивную функцию и увеличивать риск рака. Кроме того, его употребление легко вызывает зависимость.

Модафинил

Модафинил (Provigil, Vigil) – является, пожалуй, одним из самых популярных ноотропов среди биохакеров. Его стали применять во Франции ещё в 70-х для борьбы с нарколепсией (болезни, которая характеризуется внезапными приступами сонливости), поскольку он оказывает сильное возбуждающее действие на нервную систему. Сейчас он одобрен в США для лечения нарушений сна, связанных со сдвигом рабочих смен, и нередко назначается врачами при синдроме «совы». Кроме того, в целом ряде стран – в США, Канаде, Франции, Индии – он в разное время использовался для увеличения работоспособности военных или даже астронавтов на космических станциях.

Модафинил имеет сродство к транспортеру дофамина, что позволяет блокировать обратный захват этого медиатора из области синаптического контакта между нейронами. В результате концентрация дофамина увеличивается в некоторых областях мозга. Такой механизм характерен и для других психостимуляторов – кокаина и амфетамина. Однако в отличие от последних, которые приводят к широкой активации областей мозга, модафинил более специфически увеличивает активность зон, связанных с бодростью:

ФМРТ головного мозга человека после приема модафинила. Увеличение активности зон коры, ответственных за внимание: передней поясной коры (А) и нижней части внутритеменной борозды большого мозга (Б). По Esposito, 2013.

Модафинил уже давно исследуется для повышения работоспособностиздоровых людей – в первую очередь, в условиях недосыпа. Применение модафинила сохраняло работоспособность пилотов, лишенных сна в течение 37 часов, и повышало точность контроля полета примерно на 27 %, по сравнению с плацебо, без каких-либо значительных побочных эффектов. Однако многочисленные научные исследования на здоровых добровольцах демонстрируют, что он может быть эффективен и для улучшения внимания и бодрости людей, не испытывающих недосыпа.

Например, комплексный мета-анализ 45 научных исследований модафинила обнаружил, что однократный прием (в дозе от 100 до 400 мг) данного препарата людьми, не испытывающими недостатка во сне, существенно улучшил их внимание, повысил бдительность и «настороженность».

Однако, более поздний мета-анализ выяснил, что хотя работы, в которых модафинил улучшает внимание, действительно есть, их число не превышает половины проведенных исследований. Возможно, это связано с тем, что модафинил более эффективен для улучшения более сложных когнитивных способностей. Тот же самый мета-анализ показал, что в случае комплексныхтестов(которые помимо внимания требуют напряжения памяти, способности к обучению и языкам), действие модафинила оказывается убедительнее.

То, что модафинил оказывает комплексный эффект на когнитивные способности, подтверждается и другими работами. В них модафинил оказался эффективен для улучшения планированияпринятия решений и интеллекта.
Что касается побочных эффектов, то модафинил может вызывать бессонницу, головную боль, головокружение, в редких случаях серьезные нарушения психики: психозы и мании. Исследования модафинила не подтвердили существования какой-либо зависимости и наличия «синдрома отмены», что можно считать плюсом данного препарата. В целом, считается, что побочные эффекты модафинила более умеренные, по сравнению с другими стимуляторами, например, метилфенидатом, однако всё равно могут быть очень тяжелыми.

Модафинил относительно легко можно купить за границей: в США и в Украине он стоит от 30 до 60 долларов за месячный курс. В России же он запрещён с 2012 года. При этом его вроде бы продают некоторые магазины спортивного питания, позиционируя как энергетик, но я с этим не встречался.

Других эффективных ноотропов и стимуляторов для улучшения внимания я не нашел

Если говорить о ноотропах и стимуляторах, которые улучшают внимание здоровых людей хотя бы в нескольких независимых научных исследованиях – то это всё. Однако ниже я решил коротко описать ещё и те вещества, которые точно не улучшают концентрацию внимания или же не исследованы для этих целей. Надеюсь, это освободит вас от бесполезной траты времени и денег. Тем более, что многие из них активно рекомендуются для улучшения внимания продавцами ноотропов или «экспертами» на профильных форумах. 
Если каких-то веществ в этом списке нет, это значит, что вообще никаких научных исследований об их пользе для внимания мне найти не удалось.

Неэффективные (для улучшения внимания), однако популярные ноотропы

Атомексин

Атомексин (Strattera, Tomoxetin, Attentin) – препарат, применяемый для улучшения внимания при когнитивных патологиях. Исследования, проведенные в Китае, Корее и Мексике показывают, что атомексин действительно улучшает внимание детей, страдающих от СДВГ, однако не лучше, чем это делает описанный выше метилфенидат. Кроме того, по сравнению с метилфенидатом, атомексин вызывает гораздо больше побочных эффектов, например, в 3 раза чаще рвоту, и в 7 раз чаще сонливость. А вот для здоровых людей атомексин оказался неэффективен. В исследовании 2017 годаметилфенидат значительно улучшал внимание, а атомексин действовал не лучше плацебо. Другие исследования повторяют эти результаты.

В связи с этим нужно иметь в виду, что, если какой-то препарат улучшает когнитивные функции у пациентов с нарушениями – это никак не подтверждает, что данное вещество будет улучшать умственные способности здоровых людей. Эффект непредсказуем и вполне может оказаться даже негативным.

Миртазапин

Миртазапин (Ремерон, Мирзатен, Миртазонал) – тетрациклический антидепрессант. Он способен немного улучшать бдительность и внимание у пациентов с депрессией. Однако, когда эффекты миртазапина решили перепроверить на здоровых людях, то внимание у испытуемых, наоборот, сильно снизилось. Кроме того, по субъективным ощущениям, люди стали чувствовать себя менее бодро и удовлетворенно. Ухудшение внимания в тестах на вождение было обнаружено и в другом исследовании 2017 года.

Леводопа

L-Допа (Sinemet, Parcopa, Atamet, Stalevo, Madopar, Prolopa) – известный препарат для лечения болезни Паркинсона и дофаминовой дистонии. Интересно, что за открытие способности леводопы уменьшать симптомы болезни Паркинсон даже выдали Нобелевскую премию в 2001 году. Сейчас леводопа является очень популярным ноотропом, а на профильных форумах её активно рекламируют как средство для «ускорения психических реакций». Однако в научных экспериментах на здоровых людях её эффекты опять-таки не подтверждаются. Анализ 7-ми двойных слепых плацебо-контролируемых исследований показал, что леводопа не улучшает внимание и даже может ухудшить память. Кроме того, у леводопы много неприятных побочных эффектов, включая депрессию и судороги.

Донепезил

Донепезил (Aricept) утвержден FDA для лечения деменции при болезни Альцгеймера, однако среди ученых оценки эффективности этого препарата разнятся. Тем не менее, в 2011 году он оказался самым продаваемым лекарством для лечения этого заболевания. Систематический анализ эффектов донепезила для здоровых людей опять-таки не подтвердил его эффективность. В 3-х из 4-х поведенных работ, донезепил приводил к небольшому, но статистически значимому ухудшениювнимания.

Пирацетам и аналоги

Не могу ничего не написать про пирацетам, поскольку это до сих пор один из самых популярных ноотропов в России. Однако в его случае мы имеем дело с препаратом, эффективность которого не доказана не только на здоровых людях, но даже в медицинских целях. В большинстве стран мира пирацетам не зарегистрирован в качестве лекарства. В России он тем не менее он применяется в неврологической практике, хотя и считается «устаревшим препаратом с недоказанной эффективностью».

Я прочитал систематический обзор 2010 года, который суммировал более 300 научных статей – это все проведенные исследования пирацетама и его аналогов (анирацетама, оксирацетама, прамирацетама, фенилпирацетама — «фенотропила», небрацетама и многих других). Однако среди них я насчитал только 3 (!) исследования на здоровых людях. В одной работе было показано, что аналог пирацетама (небрацетам) неэффективен для улучшения памяти. А в двух других оксирацетам и прамирацетам были протестированы на здоровых добровольцах, когнитивные функции которых предварительно ухудшили введением скополамина. В таких экспериментах оба препарата действительно немного улучшили когнитивные способности, однако на этом основании нельзя сделать никаких выводов об их эффективности для нормальных здоровых людей.

Более того, данный систематический анализ показал, что пирацетам и его аналоги неспособны приводить к улучшениям умственных способностей и при когнитивных заболеваниях.

Кофеин

Ну и, наконец, кофеин, который является самым популярным психостимулятором в истории – и ежедневно используется десятками миллионов людей для увеличения бодрости и борьбы с усталостью. Я сам до последнего времени был уверен, что кофеин – эффективный стимулятор бодрости, читал соответствующие научные статьи, однако узнал о проблемах с его исследованиями только во время написания этого текста.

Авторы аналитического обзора 2015 года отмечают, что положительные эффекты кофе на продуктивность часто обнаруживаются вследствие некорректного дизайна научных экспериментов. Дело в том, что большинство людей (включая тех, кто участвует в испытаниях) употребляют кофе каждый день. А для проведения типичного научного исследования испытуемых просят в течение суток воздержаться от употребления этого напитка, что само по себе вызывает «синдром отмены», ухудшает внимание и работоспособность. (Думаю, всем регулярно пьющим этот напиток знакомо состояние недостатка кофе с утра). Затем испытуемым дают кофеин, что восстанавливает из состояние, и сравнивают их бодрость с теми, кто по-прежнему мучается от нехватки кофе.

Если же провести исследование с более корректным дизайном: на людях, которые не пили кофе хотя бы несколько недель перед экспериментом и отвыкли от его употребления, то кофеин не улучшает ни их внимательность, ни продуктивность (даже в случае недосыпа).

Что эффективнее?

К своему удивлению, я почти не нашел исследований, в которых эффективность описанных выше подходов (ноотропов, БОС-тренировок, электростимуляции) сравнивалась бы между собой.

Есть только несколько экспериментов, в которых сопоставляли эффекты метилфенидата и модафинила. Например, исследования на детях с СДВГ демонстрируют, что оба препарата имеют примерно сходную эффективностьдля улучшения внимания. А работы на здоровых людях показывают, что метилфенидат и модафинил примерно одинаково увеличивают скорость обработки визуальной информации.

Зато я нашел интересное исследование на крысах, в котором одновременно сравнивали метилфенидат, амфетамин, никотин и кофеин. Результаты этой статьи показались мне довольно забавными. Все препараты, кроме кофеина увеличивали точность и улучшали скорость реакции в тестах на внимание. Однако в отличие от метилфенидата и амфетамина, никотин ещё и делал животных нервозными и импульсивными. (Сходные эффекты никотина наблюдаются и у людей). Кофеин же оказался неэффективен, что тоже повторило эксперименты на людях.

В целом, что касается ноотропов для улучшения внимания, то исследования указывают на возможную эффективность модафинила, метилфенидата и никотина. Для каждого из них есть несколько научных исследований, где они увеличивают скорость и точность выполнения тестов у здоровых добровольцев. Часто происходит улучшение более чем на 10-15%. Недостатками же этих препаратов являются их побочные эффекты, которые проявляются индивидуально и могут быть довольно сильными, включая нарушения психики и ухудшение здоровья. Кроме того, они могут вызывать зависимость. И ещё – модафинил и метилфенидат не продаются в России.

В отношении электростимуляции методом tDCS также накопилось определенное количество научных данных о её способности улучшать внимание здоровых людей. Её эффективность в среднем варьируется от 10 до 20%, однако в некоторых тестах достигает 30% (как и у никотина). И в отличие от фармакологических ноотропов, у нее более слабые побочные эффекты. Так что в целом, хотя научные исследования продолжают вестись, имеющиеся результаты уже выглядят вполне перспективно.

Ну и БОС-интерфейсы являются примером полностью безболезненного и безопасного подхода. Однако в отличие электростимуляции и ноотропов, для того чтобы добиться эффекта, требуется проводить БОС-тренировки больше месяца – и всё это время ежедневно выполнять определенные компьютерные тесты. А это уже требует высокой дисциплинированности и наличия свободного времени.

Конечно, существуют и другие способы улучшения внимания, например, физические упражнения. Действительно, некоторые научные исследования указывают, что когнитивные улучшения возникают сразу после выброса адреналина. Кроме того, есть эксперименты, в которых демонстрируется, что внимание улучшает даже медитация осознанности. Однако пока я в это не углублялся. Как я уже говорил, сейчас меня интересовали только те подходы, ради которых не нужно отвлекаться от работы и менять свой график.

Ну и в заключение хочу отметить, что в этом тексте я касался научных подходов только в области улучшения внимания; если говорить о памяти, скорости обучения, интеллекта и пр., то для их стимуляции в науке исследуют и другие ноотропы и технологии. Однако это требует отдельного рассмотрения.

А этот текст, возможно, сможет помочь вам сэкономить время (и не сильно отвлекаться), если вы сами в какой-то момент захотели бы найти способы повысить концентрацию.

Поделиться
Отправить
Опубликовал Максим Петраков

Авторизация

Авторизовавшись, вы сможете задать интересующий вас вопрос или приобрести товары в интернет–магазине.