Dua ratus tiga puluh lima tahun setelah ilmuwan Italia Luigi Galvani melaporkan bahwa kaki katak yang terpotong-potong berkedut sebagai respons terhadap muatan statis yang diterapkan pada saraf, kita masih mengeksplorasi misteri apa yang disebutnya "listrik hewan, " terutama di otak. Bahwa otak menghasilkan sedikit listriknya sendiri, yang dapat dideteksi dengan electroencephalogram, atau EEG, sudah terbukti, seperti kenyataan bahwa beberapa ahli bedah saraf saat ini kadang-kadang menggunakan elektroda setipis rambut untuk menstimulasi struktur otak dalam dan menghentikan getaran Parkinson. Tetapi para ilmuwan sekarang mengeksplorasi pertanyaan yang, membingungkan, dapatkah dosis listrik bertegangan rendah, ditransmisikan melalui rambut, kulit dan tengkorak langsung ke daerah otak tertentu, membuat orang yang sudah sehat menjadi lebih tajam dan lebih waspada?
Bacaan terkait

Tingkatkan Otak Anda: Cara Menggunakan tDCS, Nootropics, dan Mikroba untuk Merevolusi Fungsi Otak Anda
MembeliAron Barbey, seorang ilmuwan saraf berusia 39 tahun di University of Illinois, adalah pemimpin dalam penelitian ini, meskipun ia sangat berhati-hati tentang prospeknya. Dia menolak gagasan bahwa mal dan bandara besok akan menampilkan stasiun pengisian otak komersial, versi terbaru dari pijatan hari ini, tetapi jika masa depan itu (atau sesuatu seperti itu) terjadi, karyanya akan memainkan peran penting dalam mewujudkannya . Barbey adalah direktur Decision Neuroscience Laboratory UI di Beckman Institute for Advanced Science and Technology, dan eksperimennya menunjukkan saat ketika para siswa, tentara, eksekutif, dan orang tua semuanya dapat memperoleh manfaat dari perawatan yang disebut transcranial direct-current stimulasi (tDCS).
Di sebuah ruangan tanpa jendela di Pangkalan Angkatan Udara Wright-Patterson, dekat Dayton, Ohio, saya menonton John McIntire, seorang sukarelawan sipil berusia 33 tahun, menerima tDCS. Dia duduk di depan komputer, mengklik serangkaian lampu kecil yang berkedip, perban kasa yang dibungkus di bawah dagunya dan di bagian atas kepalanya. Perban menyimpan sekelompok kecil elektroda di tempatnya di sisi kiri atas kepalanya. Ada sekelompok elektroda di lengan kanan atas. Kabel dari kotak biru kecil di atas meja membawa muatan listrik lemah yang mengalir dari kotak ke elektroda di kepalanya dan turun melalui otaknya ke elektroda di lengannya. Para peneliti percaya bahwa arus menghantam beberapa area kunci di otak tengahnya, termasuk locus coeruleus, yang melepaskan norepinefrin dan terlibat dalam perhatian dan kesadaran.
“Saya merasa baik-baik saja, ” kata McIntire di akhir sesi 30 menit. Apakah dia mengalami sensasi fisik saat arus melewati otaknya? "Tidak, " katanya, "Aku benar-benar tidak tahu apakah aku menerima perawatan atau tidak." Karena ini adalah penelitian double-blind, beberapa subjek menerima sham tDCS, tanpa arus. (McIntire mendapatkan yang sebenarnya.) Para peneliti mengatakan mereka belum melihat efek samping yang signifikan, hanya beberapa sensitivitas kulit dari elektroda. Beberapa subjek yang menerima tDCS melaporkan sakit kepala setelahnya, tetapi begitu juga beberapa dari mereka yang menerima perawatan palsu.
Penelitian yang sedang berlangsung di Wright-Patterson adalah kolaborasi antara kelompok Barbey dan Laboratorium Penelitian Angkatan Udara (AFRL). Itu hanya salah satu dari banyak eksperimen yang telah diluncurkan Barbey dengan mitra penelitian utama. "Tujuan kami, " katanya, "adalah untuk memahami mekanisme saraf yang mendasari kecerdasan manusia dan pengambilan keputusan — bagaimana kecerdasan dan pengambilan keputusan diimplementasikan di otak — dan kemudian menggunakan pengetahuan itu untuk mengembangkan intervensi baru ini."
Tidak sulit untuk memahami mengapa Angkatan Udara akan tertarik pada apa yang ditawarkan Barbey. Banyak personelnya menghabiskan waktu hingga 12 jam sehari, enam hari seminggu, melihat gambar-gambar citra pengintaian dan mencoba mengidentifikasi tanda-tanda drone mereka. Penelitian menunjukkan bahwa kinerja mereka mulai menurun setelah hanya 20 menit bertugas. "Sasaran yang hilang dalam situasi pertempuran kehidupan nyata adalah masalah besar, karena itu bisa membuat seseorang kehilangan nyawanya, " kata Andy McKinley, ahli saraf AFRL. "Dan kami pikir tDCS mungkin menjadi alat untuk membantu para analis, ketika mereka mulai lelah, untuk mempertahankan kinerja mereka."

Berlangganan majalah Smithsonian sekarang hanya dengan $ 12
Artikel ini adalah pilihan dari majalah Smithsonian edisi Mei
MembeliSejauh ini, temuan itu menjanjikan. Dalam serangkaian penelitian yang diterbitkan sejak 2013 di NeuroImage, Stimulasi Otak dan jurnal lainnya, tDCS saja terbukti mengurangi kelelahan dan meningkatkan atau mempertahankan kinerja. Anggota layanan yang menerima arus di pagi hari jauh lebih waspada dan waspada daripada subyek kontrol ketika mereka diuji pada sore hari. Perawatan itu juga tampaknya meningkatkan suasana hati dan tingkat energi mereka. McKinley, yang telah bekerja dengan tDCS sejak 2007, mengatakan efek dosis tDCS 30 menit dua miliampere di pagi hari “berlangsung sepanjang hari.” (Sebagai perbandingan, perawatan terapi elektrokonvulsif modern melibatkan hingga 900 miliampere.) studi terkait kekurangan tidur AFRL terkait yang belum dipublikasikan, subyek tetap terjaga selama 21 jam, kemudian diberikan kafein, tDCS palsu atau tDCS aktual sebelum melanjutkan tugas mereka hingga 15 jam. Anggota kelompok ketiga memiliki akurasi dua kali lipat dalam menemukan target dari dua kelompok lainnya. Mereka juga melaporkan skor mood subyektif yang lebih tinggi dan mengatakan bahwa tDCS membuat mereka merasa segar.
Protokol Barbey telah dirancang menggabungkan tDCS, nutrisi, dan latihan kognitif dan fisik dalam rejimen komprehensif dengan potensi untuk meningkatkan segala sesuatu dari keterampilan matematika ke penalaran abstrak. Melalui karyanya, ia menyelidiki sifat dan struktur pikiran manusia dan, dalam prosesnya, menanyakan apa artinya menjadi cerdas.
**********
Adalah karyanya dengan generasi anggota layanan lain yang mengajar Barbey seluk-beluk otak manusia. Antara 2007 dan 2011, ia adalah peneliti di National Institutes of Health, mempelajari sekelompok veteran Vietnam yang menderita trauma otak. Kerusakan itu disebabkan oleh pecahan peluru berkecepatan rendah dan luka tembak — itu terbatas pada area yang terpisah, yang berarti sebagian besar fungsi kognitif mereka terpelihara. Lokasi dan ukuran luka mereka menyebabkan defisit yang berbeda, termasuk masalah dengan memori, bahasa dan dengan fungsi kognitif yang lebih tinggi seperti perencanaan dan pemecahan masalah.
Menggunakan proses yang disebut pemetaan lesi, Barbey mengumpulkan gambar diagnostik otak para veteran dan kemudian mencocokkan anatomi pria yang rusak dengan masalah yang mereka dokumentasikan. Hasilnya adalah atlas otak yang memungkinkan untuk menghubungkan fungsi kognitif spesifik dengan jaringan saraf yang mendasarinya.
























Membangun di atas pengetahuan itu, Barbey, dengan berbagai penulis, melanjutkan untuk menerbitkan serangkaian makalah yang mengidentifikasi jaringan otak untuk kecerdasan umum, kecerdasan emosi, fleksibilitas kognitif, memori kerja, dan banyak lagi. Dalam apa yang mungkin dianggap sebagai karya pemetaan lesi-nya, yang diterbitkan dalam jurnal Brain pada April 2012, Barbey dan rekannya dengan ambisius merancang arsitektur untuk kecerdasan umum dan fungsi eksekutif — perilaku kompleks yang diarahkan pada tujuan yang melibatkan bagian otak yang didistribusikan secara luas, termasuk korteks prefrontal. Studi itu, salah satu penilaian terbesar dan paling komprehensif dari jenisnya yang dilakukan hingga saat ini, melibatkan 182 veteran Vietnam dan menyimpulkan bahwa intelijen "mencerminkan kemampuan untuk secara efektif mengintegrasikan proses verbal, spasial, motorik dan eksekutif melalui serangkaian koneksi kortikal terbatas." Barbey dan timnya mampu menunjukkan banyak koneksi ini dan menjelaskan bagaimana mereka bekerja.
Pengalaman Barbey dengan para veteran membuatnya jauh lebih dari sekadar CV yang mengesankan. "Itu sangat luar biasa, " kata Barbey, yang sekarang menjabat sebagai editor atau anggota dewan di empat jurnal, termasuk Frontiers in Neuroscience . “Kami menghabiskan waktu selama ini mengembangkan teori-teori ini dan berpikir tentang sifat pikiran manusia dan benar-benar bekerja keras untuk mencoba memahami fungsi jaringan otak ini. Dan itu menjadi perusahaan yang sangat ilmiah, sangat teknis. Tapi kemudian, begitu Anda mulai bekerja dengan individu, bekerja dengan pasien, dengan veteran Vietnam, segera menjadi jelas bahwa ada masalah yang sangat penting ini dipertaruhkan. Dan itu benar-benar adalah tentang meningkatkan kualitas hidup orang-orang, dan menemukan solusi untuk masalah yang sangat sulit yang mereka hadapi. "
Kompleksitas otak yang menjengkelkan itu sendiri adalah hambatan terbesar untuk mengatasi masalah-masalah seperti itu. Atau begitulah tampaknya. Tetapi kompleksitas itu juga memungkinkan sains untuk meningkatkan kinerja pada berbagai tugas — asalkan peneliti tahu jaringan mana yang menjadi target. Merangsang jaringan yang benar, kata Barbey, tergantung pada mengetahui mana yang terlibat dalam tugas yang diberikan dan mampu menargetkan jaringan tersebut pada dosis dan durasi yang benar. "Jadi bagaimana kita tahu kalau kita merangsang struktur yang tepat?" Tanyanya. “Itu tergantung tugas. Tugas ini sangat penting. "
Dalam bayangan panjang segala sesuatu yang kita tidak tahu tentang otak, tDCS memberi penerangan baru tentang cara kerjanya. Neuron adalah media untuk aktivitas listrik di otak, tetapi seperti yang ditunjukkan Barbey, "ada seperti 100 miliar di antaranya dan mereka memiliki banyak sifat yang menghindari kita." Penelitian Barbey berfokus pada kecerdasan manusia dan pengambilan keputusan. Kecerdasan, katanya, muncul dari interaksi antara beberapa jaringan otak, termasuk jaringan eksekutif pusat, sistem saraf terdistribusi (semacam jaring laba-laba 3-D) yang terkenal untuk mendukung fungsi-fungsi seperti perencanaan, pemecahan masalah, penilaian dan pengambilan keputusan.
Dalam eksperimen tDCS tipikal yang menargetkan jaringan eksekutif pusat, Barbey mengatur elektroda untuk mengirim arus melalui lobus frontal dan parietal saat subjeknya melakukan tugas berbasis komputer. Dalam satu tes seperti itu, yang disebut tugas n-back, peserta diperlihatkan surat dan harus mengingat apakah mereka cocok dengan surat yang mereka lihat sebelumnya.
Barbey mengatakan arus listrik meningkatkan rangsangan neuron yang terlibat dalam tugas tersebut, membuat mereka lebih mungkin untuk menembak dan memperkuat koneksi sinaptik di antara mereka. "Neuron yang menyala bersama saling terhubung, " kata Barbey, mengutip aksioma oleh psikolog Kanada legendaris Donald Hebb. Dalam sebuah makalah September 2015, ilmuwan AFRL Ryan Jankord dan rekannya melaporkan bahwa 30 menit tDCS pada tikus “menginduksi peningkatan yang kuat” dari koneksi antara sel-sel dalam hippocampus yang sangat penting untuk pembelajaran dan memori.
Pada manusia, tDCS juga tampaknya merekrut neuron tambahan yang pada awalnya tidak terlibat dalam suatu tugas, menciptakan apa yang Barbey sebut sebagai sub-jaringan yang meningkatkan kinerja. Tetapi tidak ada yang secara inheren bermanfaat tentang meningkatkan rangsangan neuron, tambahnya. "Ini hanya efektif dalam kondisi tertentu, di mana Anda memberikan arus listrik ke daerah yang terlibat dalam tugas." Ini adalah bagian kunci dari bagaimana dia mengelola tDCS: Subjek harus secara aktif menggunakan bagian otak yang dimaksud. Akan tetapi, selalu berhati-hati, Barbey menekankan bahwa "mekanisme biofisik yang mendasarinya tidak dikarakterisasi dengan baik." Dengan kata lain, para peneliti tidak sepenuhnya yakin mengapa tDCS melakukan apa yang dilakukannya.
Beberapa orang mempertanyakan apakah ia melakukan sesuatu atau tidak. Pada Januari 2015, ilmuwan yang berbasis di Australia Jared Horvath dan dua rekannya menerbitkan analisis lebih dari 200 studi tDCS. Kesimpulan mereka: "Tinjauan kuantitatif kami tidak mendukung gagasan bahwa tDCS menghasilkan efek yang dapat diandalkan pada kognisi pada orang dewasa yang sehat." Makalah ini memicu kontroversi, dengan para pembela tDCS mempertanyakan metode Horvath — ia mengecualikan lebih dari 170 penelitian yang hasilnya belum menghasilkan. telah direplikasi oleh setidaknya satu lab lainnya. Barbey mengambil poin Horvath dan mencatat bahwa, sementara tDCS telah diselidiki secara luas, antusiasme untuk itu telah "melampaui teori mekanistik" tentang cara kerjanya. Kesenjangan pengetahuan ini, katanya, menunda pengembangan protokol yang lebih efektif dan menghasilkan beragam temuan yang tidak dapat dijelaskan, memberikan kritik kepada mereka seperti kritik Horvath.
"Orang-orang telah berusaha mengubah kesadaran mereka sejak mereka menyadari bahwa mereka memiliki kesadaran, " kata Jonathan D. Moreno, seorang profesor etika kedokteran dan kebijakan kesehatan di Fakultas Kedokteran Universitas Perelman, Pennsylvania. Moreno mengatakan dia kurang puas dengan kemajuan di bidang tDCS sejauh ini. "Saya hanya berpikir kita masih berada di hutan dalam hal ini, dan kita akan berada dalam waktu yang lama, " katanya. “Itu tergantung pada siapa yang kamu coba tingkatkan, dan untuk apa. Anda tidak pernah bisa membuat saya menjadi Einstein dan Einstein mungkin tidak perlu banyak peningkatan. "
Dia kurang skeptis tentang penggunaan terapi tDCS untuk mengembalikan beberapa derajat fungsi normal pada orang dengan gangguan tertentu. "Terapi tampaknya lebih bisa dilakukan daripada peningkatan, " katanya. Berbagai penelitian dalam beberapa tahun terakhir telah menunjukkan itu memiliki potensi sebagai pengobatan yang efektif untuk depresi berat, gangguan stres pasca-trauma dan masalah neuropsikiatri lainnya. Ini juga menunjukkan janji untuk pasien Alzheimer dan stroke selama tugas memori kata dan pengenalan gambar. Dan sebuah penelitian tahun 2014 menemukan bahwa tDCS meningkatkan pembelajaran bahasa, menunjukkan potensinya sebagai pengobatan untuk defisit bahasa yang disebabkan oleh stroke. Penelitian oleh Angkatan Udara, yang tidak terkait dengan kelainan klinis, dapat menunjuk ke potensi manfaat lain dari tDCS terapeutik: Tim peneliti di Jerman, Brasil dan AS telah menemukan bahwa dua minggu tDCS harian dapat menghasilkan peningkatan kinerja dalam beberapa minggu atau bahkan bulan. tugas yang sangat spesifik. "Sepertinya Anda membuat perubahan abadi pada koneksi saraf di otak, " kata McKinley.
Proyek 42 bulan bernama Insight mungkin memberikan jawaban yang lebih konkret. Laboratorium Barbey meluncurkan program ini pada tahun 2014, dengan dana $ 12, 7 juta dari Kantor Direktur Intelijen Nasional. Ini adalah salah satu penelitian terbesar yang pernah ada tentang kemampuan beralasan dalam kondisi baru. Tujuan pemerintah yang dinyatakan adalah untuk meningkatkan penalaran adaptif dan keterampilan pemecahan masalah personil intelijen. Di bawah pengawasan Barbey, 1.000 sukarelawan sehat berusia antara 18 dan 44 (banyak dari mereka mahasiswa University of Illinois) menerima dosis tDCS sambil melakukan latihan pelatihan kognitif yang menguji keterampilan itu. Tapi itu hanya bagian dari protokol: Mereka juga menjalani sesi pelatihan kebugaran fisik, dan diet serta kesehatan gizi mereka dipantau.
Latihan mungkin tampak berteknologi rendah dibandingkan dengan tDCS. Tetapi Barbey juga tertarik pada kekuatan keringat seperti halnya dia dalam potensi listrik. Dia terlibat dalam proyek terpisah dengan Angkatan Udara yang fokus pada pelatihan interval intensitas tinggi. Latihan sendiri sudah terbukti setidaknya sama efektifnya dengan tDCS dalam meningkatkan kinerja kognitif. Meskipun Barbey mengatakan uji klinis definitif masih harus dilakukan, lebih dari 40 tahun penelitian menunjukkan peningkatan volume materi abu-abu di antara orang dewasa yang memiliki aerobik yang fit, serta 40 persen penurunan risiko penurunan kognitif di antara mereka yang berolahraga secara teratur. Pasien-pasien Alzheimer yang mengambil bagian dalam program-program olahraga akut telah meningkatkan faktor neurotropik yang diturunkan dari otak, suatu protein yang meningkatkan kesehatan dan pertumbuhan sel-sel otak.
Menurut Barbey, olahraga memiliki efek yang sangat mengesankan pada fungsi eksekutif. "Jika kita pergi ke luar sekarang dan berlari dengan kecepatan penuh sampai ke ujung jalan dan kemudian berlari dengan kecepatan penuh sepanjang perjalanan kembali, " kata Barbey, "ketika kita duduk di sini untuk melanjutkan percakapan kita, kita akan menjadi lebih penuh perhatian, ingatan kita akan ditingkatkan, kita akan memiliki fungsi kontrol eksekutif yang lebih baik, dan efek itu akan berlangsung sekitar 20 hingga 30 menit. "
Barbey juga ingin memahami dampak nutrisi pada kesehatan otak dan kognisi. "Kami tahu bahwa jika Anda ingin menjadi atlet, Anda harus makan hal-hal tertentu dan melakukan jenis aktivitas fisik tertentu, " katanya. “Nutrisi itu juga beroperasi di otak.” Subjek dalam proyek Angkatan Udaranya mengambil suplemen khusus yang dibuat oleh laboratorium Barbey bekerja sama dengan Abbott Nutrition. Formula ini eksklusif, tetapi Barbey mengatakan itu termasuk bahan untuk meningkatkan kekuatan otot, kesehatan kardiovaskular dan kebugaran aerobik, serta kesehatan otak. "Selain itu, kami memiliki profil nutrisi spesifik yang kami berhipotesis memainkan peran penting dalam meningkatkan kesehatan otak dan kemampuan kognitif, " katanya. Singkatnya, Barbey percaya bahwa olahraga dan nutrisi dapat memberikan manfaat yang bertahan lama dan menyeluruh yang hanya merangsang jaringan otak tertentu yang mungkin tidak akan pernah memberikannya.
Namun, tDCS tetap merupakan intervensi yang paling eksotis. Sangat menggoda untuk mengasumsikan bahwa beberapa sesi perawatan dapat meningkatkan kecerdasan umum, alih-alih hanya meningkatkan kinerja pada tugas yang dihadapi. Tetapi Barbey tidak menemukan bukti bahwa tDCS dapat membuat seseorang lebih pintar. "Jawabannya tampaknya tidak, " katanya.
Itulah salah satu alasan dia membayangkan masa depan di mana orang akan menggunakan tDCS yang ditargetkan bersama dengan perubahan gaya hidup: yang terakhir akan meningkatkan kesehatan dan kinerja mental mereka secara keseluruhan, sementara yang pertama akan meningkatkan kemampuan kognitif spesifik. Seperti Barbey melihatnya, rangkaian intervensi akan tergantung pada tujuan individu. Seorang subjek mungkin menginginkan memori kerja yang lebih baik, misalnya, dan perlu meningkatkan jaringan otak yang terlibat. "Kemampuan untuk mengembangkan intervensi yang disesuaikan tergantung pada pemahaman mekanisme yang mendasarinya, " kata Barbey. "Jika kita tidak memahami mekanismenya, kita tentu tidak dapat mencapai penyesuaian."
Tapi Barbey tahu bahwa karyanya memberi visi alternatif tentang masa depan, di mana orang-orang dalam semua jenis pengaturan pribadi dan komersial secara rutin dapat duduk untuk sesi pengisian otak. Dia lebih suka tidak berspekulasi tentang hal-hal seperti itu, tetapi ketika ditanya tentang apakah model ini mungkin ada 50 tahun dari sekarang - semacam LensCrafters untuk otak - dia berkata, "Dengan asumsi bahwa kita berada di jalur yang benar, dengan asumsi bahwa tDCS sebenarnya dapat menghasilkan perbaikan yang kuat, maka ya. ”Kemudian dia dengan cepat kembali ke realitas masa kini. “Tapi kami masih belajar tentang metode ini, dan kami masih menjalankan eksperimen untuk mengevaluasi kemanjurannya. Jadi masih terlalu dini. Dan itulah yang terjadi dengan komersialisme. Mereka bertindak terlalu cepat. ”Barbey memiliki pandangan yang redup tentang industri pelatihan otak komersial dan tidak ingin orang-orang menyumbat karyanya dengan penawaran-penawarannya. Jutaan pengguna smartphone, misalnya, telah mengunduh game seperti Lumosity, yang mengklaim dapat meningkatkan memori secara signifikan. "Jelas ada bukti yang menunjukkan bahwa jika Anda memainkan permainan memori yang berfungsi, Anda akan menjadi lebih baik dalam permainan memori yang bekerja itu, " katanya. "Yang kurang jelas adalah apakah itu memiliki dampak lain." (Skeptis Barbey diperkuat pada Januari, ketika Lumosity setuju untuk membayar $ 2 juta untuk menyelesaikan tuntutan federal atas iklan yang menipu karena mengklaim produknya dapat memperlambat penurunan kognitif. Penghakiman $ 50 juta ditangguhkan karena perusahaan tidak punya uang.)
Barbey menegaskan bahwa tidak ada jalan pintas dalam ilmu saraf. Setidaknya dua perangkat tDCS komersial, Halo dan Thync, saat ini tersedia, tetapi dia menunda dengan saran bahwa itu mungkin untuk menjadi lebih pintar dengan hanya membalik saklar atau bermain game. “Kita benar-benar harus mengambil jalan yang sulit, ” katanya. Bagi Barbey, otak menuntut tidak kurang.