Микрополяризация (ТКМП) в спорте
Обзор базируется на отличном буклете фирмы «HALO neuroscience» https://www.haloneuro.com/ , которая производит микрополяризатор моторной коры головного мозга (совмещен с наушниками). На дужке наушников размещаются шиповидные электроды из вспененного электротокопроводного материала.
HALO очень удачно (на мой взгляд) выполнили подборку научных исследований (многие выполнены в варианте плацебо-контролируемых), которые подтверждают эффективность применения транскраниальной микрополяризации (ТКМП-tDCS). Прибор позиционируется как не медицинский, а развивающий – предлагается для улучшения функционирования только двигательной коры головного мозга (части мозга управляющей всеми мышцами). При проведении физических тренировок мозг развивается и совершенствуется, но достаточно медленно (около 6 недель). Увеличение мышечной массы требует дополнительных нейронов двигательной коры , усложнение двигательных комбинаций (координации) стимулирует создание новых связей в нейронных сетях и т.п. – это сложнейший физиологический процесс! Стимулируя определенные зоны коры головного мозга можно значительно ускорить эти процессы. Кроме спорта эта развивающая методика распространилась и на музыкантов, помогает им стать виртуозами!
Основная инновация HALO базируется на электродах – они прикладывают напряжение на нужные участки головы и обеспечивают нужный микроток (микроамперы) в течении процедуры. Основное преимущество – электроды легко проходят волосяной покров, поскольку выполнены как расческа. Применяется три секции электродов, что позволяет достаточно просто попадать на проекцию двигательной коры.
Программа стимуляции записывается в специальный контроллер стимулятора посредством специального приложения смартфона. Выполнение программы можно также контролировать по смартфону. Принципиально важно, что стимуляция мозга происходит одновременно с физической тренировкой!
Обобщение исследований по транскраниальной микрополяризации
- Как работает ТКМП? Nitsche et al. 2015
- ТКМП увеличивает максимальное мышечное сокращение. Hazime et al. 2017 tDCS increases max muscle contraction
- ТКМП улучшает выполнение теста на балансирование Kaminski et al. 2016 tDCS improves performance on a balance task
- ТКМП ускоряет приобретение точных двигательных навыков Waters-Metenier et al. 2014
tDCS accelerates fine motor skill acquisition
- ТКМП увеличивает выносливость велосипедистов Vitor-Costa et al. 2015 tDCS increases cycling endurance
- ТКМП снижает мышечную утомляемость Cogiamanian et al. 2007 tDCS decreases muscle fatigue
Как работает ТКМП? Nitsche et al. 2015
Что такое транскраниальная микрополяризация (ТКМП) ?
Это неинвазивный способ модуляции мозговой возбудимости и деятельности приложением постоянного тока к областям кожи головы , под которыми находятся специфические части мозга.
Кратковременные эффекты от ТКМП
ТКМП деполяризирует нейроны, приводя их мембранный потенциал ближе к порогу потенциала действия. Проще говоря микрополяризация помогает нейронам простимулированных участков мозга более просто и синхронно реагировать.
Долгосрочный эффект от ТКМП
Деполяризируя нейроны или позволяя им легче синхронно «вспыхивать» , ТКМП улучшает пластичность мозга. При сочетании с тренировкой ТКМП позволяет мозгу более эффективно создавать, усиливать и организовывать нейронные взаимосвязи - процесс обучения идет быстрее.
Рис..1 Адаптировано из Nitsche et al. 2015.
Визуальное представление увеличения возбудимости за счет повышенных уровней глютамата и кальция в синаптической щели. Слева представлен нормально функционирующий синапс, справа – подвергнувшийся тренировке с ТКМП.
Специфичность
ТКМП индуцирует пластичность, увеличением притока кальция, повышая регуляцию возбуждающей глутаматной системы. ТКМП также снижает тормозящее влияние ГАМКаргической системы, которая обычно противопоставляется глутаматаргической пластичности. Результирующим выводом Ницше и коллег было то, что ТКМП позволяет мозгу оптимизировать себя более быстро, нейроученые обозначили это как «ГИПЕРпластичность»
ТКМП увеличивает максимальное мышечное сокращение. Hazime et al. 2017
В последние два десятилетия медицинские исследователи видели многообещающие результаты ТКМП. Но может ли этот метод использоваться на моторной коре для увеличения мышечной силы молодых атлетов? Хазим и коллеги нашли ответ.
8 гандболисток в возрасте 17-21 лет с 7-летним опытом были случайным образом разбиты на 2 группы . одна группа получала ТКМП процедуры а вторая плацебо-ТКМП (была похожа на настоящую процедуру но не оказывала воздействия на пластичность мозга). Исследователи измеряли максимальное сокращение мышцы ротатора плеча до, во время и после стимуляции. На следующей неделе реальная и плацебо группы менялись местами, и опять проводилась оценка максимального сокращения.
Выводы
Спортсмены улучшали их силу на 10-20% в течении реальной ТКМП и сохраняли эти показатели в течении 30 и 60 минут после стимуляции. Таким образом, совмещенная с тренировкой нейростимуляция ведет к более быстрому наращиванию силы.
ТКМП улучшает выполнение теста на балансирование Kaminski et al. 2016
Несколько исследований показали , что ТКМП над моторной корой увеличивает приобретение двигательных навыков, но предыдущие исследования фокусировались, в основном на навыках вовлекающих руки. Для дополнения Каминский изучил влияние ТКМП на балансирование при стимуляции областей моторной коры, относящейся к ногам.
26 молодых людей были испытаны на выполнение динамичного теста балансирования (балансировочная доска) во время приема реальной или плацебо ТКМП процедуры. На следующий день все были испытаны снова без всякой стимуляции, для определения продолжительности влияния ТКМП на консолидацию двигательных навыков.
Результаты
Те , кто принимали ТКМП, показали значительно лучший результат по задаче балансирования в сравнении с контрольной группой и их результат был все еще явным и на следующий день, когда обе группы тренировались одинаково без стимуляции. По существу – одинаковое количество тренировок было более эффективно, когда проводилось с ТКМП.
На рисунке отмечается, что те , кто получали ТКМП (зеленая линия) во время выполнения задачи были способны балансировать значительно дольше, чем те, кто не принимал (серая линия). Различия в навыках только увеличились на следующий день – даже без дополнительного применения ТКМП.
Рис.2 Адаптировано по Камински и коллеги, 2016. Улучшение способности балансирования с тенировкой и ТКМП. Группа с реальной стимуляцией улучшала показатели значительно быстрее чем плацебо группа при тренировке в День 1 и сохранила эту разницу в День 2.
Затененная часть графика Дня 1 показывает период стимуляции, на концах линий графиков показаны пределы стандартного отклонения.
ТКМП ускоряет приобретение точных двигательных навыков
Waters-Metenier et al. 2014
Проведение ТКМП над двигательной корой показало увеличение силы и мышечной выносливости, но может ли улучшать развитие точных моторных навыков?
52 праворуких взрослых были случайным образом разбиты на две группы: ТКМП и плацебо ТКМП. Все участники провели 4 дня в изучении воспроизведения сложных аккордов на пианино. Waters-Metenier и ее команда оценили производительность путем различных измерений (сила, время ) перед и после тренировки. Тренировка состояла в изучении различных аккордов для одной руки, но проверялась производительность обеих рук.
Рис.3 Адаптировано из Waters-Metenier et al. 2014. Среднее время исполнения по результатам многих тренировочных дней для группы реальной (зеленая) и плацебо (серая) группы. На конец каждого дня группа реальной ТКМП переигрывала плацебо группу и различия росли с каждым последующим днем.
Результат
В сравнении с плацебо группой, группа реальной ТКМП показала более высокую скорость и точность как в течении так и после 4-х дневного курса тренировок. Примечательно, что они приобретали навыки , по меньшей мере на 4 недели без дополнительных процедур ТКМП. Участники даже видели улучшения для нетренированной руки и для неизвестных аккордов, показывая улучшение в общих навыках, а не только в тех, которые они практиковали.
Графики наглядно показывают, что у ТКМП группы время выполнения значительно короче.
ТКМП увеличивает выносливость велосипедистов
Vitor-Costa et al., 2015
Предыдущие исследование показало , что ТКМП влияет на приобретение двигательных навыков и развитие силы. Vitor-Costa и его команда исследовали этот эффект на выносливости велосипедистов.
Одиннадцати физически активным мужчинам была поставлена задача крутить педали максимально долго на уровне 80% от максимальной мощи или в пределах 60 – 90 оборотов в минуту. Их максимальные показатели проверялись за неделю до эксперимента, и они выполняли велосипедный тест три раза за три недели. В течении трех тестирований участники получали анодную (возбуждающую), катодную (тормозящую).или плацебо ТКМП нацеленную на область двигательной коры отвечающей за ноги.
Рис.4 Адаптировано по Vitor-Costa et al. 2015. Время истощения в течении задачи на велосипедную выносливость. Группа анодной стимуляции крутила педали значительно дольше в сравнении с группами катодной и плацебо.
Результат
Группа анодной стимуляции переиграла плацебо группу на 90 секунд, что соответствует 20% улучшению. Исследователи пришли к выводу, что ТКМП помогает велосипедистам более рационально осознать процесс вращения педалей, а соответственно велосипедист поддерживает хорошую форму и запасает силы на потом.
ТКМП снижает мышечную утомляемость Cogiamanian et al. 2007
В течении упражнений мы медленно теряем нашу способность производить максимальное усилие. Может ли ТКМП, приложенная к двигательной коре, снизить эту нейромышечную усталость?
Исследователи испытали 24 здоровых взрослых на их максимальную локтевую сократительную силу (сгибание бицепсом). Потом участники выполнили задачу на мышечную выносливость на 35% от их максимума - перед и после ТКМП. Контрольная группа выполняла тот же протокол , но не получала стимуляции.
Рис.5 Адаптировано из Cogiamanian et al. 2007. Время выносливости до и после стимуляции. Группы катодной стимуляции и без стимуляции показали значительно меньшую выносливость при повторном тесте. В тоже время группа анодной стимуляции выполнила повторный тест с не очень большой разницей между первым и повторным испытанием и выполнили значительно лучше (меньшая утомляемость) повторный тест в сравнении с катодной и группой без стимуляции.
Результат
После проведенной АТКМП испытуемые сохранили около 80% от исходного времени выносливости. В противоположность этому те, кто не получали стимуляцию, были способны выдать только 60-65% от исходного времени выносливости
Nitsche, M. A., Kuo, M., Paulus, W., & Antal, A. (2015). Textbook of Neuromodulation.
https://doi.org/10.1007/978-1-4939-1408-1
Hazime, F. A., da Cunha, R. A., Soliaman, R. R., Romancini, A. C. B., Pochini, A. de C., Ejnisman, B., & Baptista, A. F. (2017). Anodal transcranial direct current stimulation (tDCS) increases isometric strength of shoulder rotators muscles in handball players. The International Journal of Sports Physical Therapy, 12(3), 402–407. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5455189/pdf/ijspt-12-402.pdf
Kaminski, E., Steele, C. J., Hoff, M., Gundlach, C., Rjosk, V., Sehm, B., … Ragert, P. (2016). Transcranial direct current stimulation (tDCS) over primary motor cortex leg area promotes dynamic balance task performance. Clinical Neurophysiology, 127(6), 2455–2462. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2016.03.018
Waters-Metenier, S., Husain, M., Wiestler, T., & Diedrichsen, J. (2014). Bihemispheric Transcranial Direct Current Stimulation Enhances Effector-Independent Representations of Motor Synergy and Sequence Learning. The Journal of Neuroscience, 34(3), 1037–1050. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2282-13.2014
Vitor-Costa, M., Okuno, N. M., Bortolotti, H., Bertollo, M., Boggio, P. S., Fregni, F., & Altimari, L. R. (2015). Improving Cycling Performance: Transcranial Direct Current Stimulation Increases Time to Exhaustion in Cycling. PLoS.ONE., 10(1932–6203 (Electronic)), e0144916. https://doi.org/10.5061/dryad.30p8j
Cogiamanian, F., Marceglia, S., Ardolino, G., Barbieri, S., & Priori, A. (2007). Improved isometric force endurance after transcranial direct current stimulation over the human motor cortical areas. European Journal of Neuroscience, 26(1), 242–249. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2007.05633.x
HALO neuroscience констатирует, что за последние 15 лет было опубликовано около 4000 публикаций в рецензируемых изданиях, в исследования вовлекались 100 тыс. субъектов, что позволяет говорить о ТКМП как о хорошо проверенной технологии имеющей потенциал по улучшению нейропластичности а также ускорению улучшений в навыках, силе и выносливости.
