На подзарядку становись! Электрокипячение мозгов в домашних условиях
В электричестве есть что-то неуловимо притягательное. Может быть, его эфемерная натура в совокупности с катастрофической мощью — сочетание, так напоминающее волшебство — во все времена будит в людях поистине детское любопытство? Интерес, не омрачённый страхом.
Двести лет назад обыватели выстраивались в очередь, чтобы «получить» разряд лейденской банки. Столетием позже с одинаковым удовольствием глазели на опыты Теслы и «безболезненно и гуманно» поджаривающихся на электрическом стуле несчастных. И, конечно, всегда пытались электричеством врачевать, полагая, что «волшебство» в малых дозах скажется непременно благотворно.
Но вот настал век цифровой, век (почти) всеобщей грамотности, и — кто бы мог подумать? — старая болячка проявила себя вновь. Прикладывая электроды к головам, энтузиасты пытаются влиять на процесс мышления, стимулировать усвоение знаний, корректировать настроение. И желающих снова хоть отбавляй…
Хотя эффект воздействия слабых электрических токов на головной мозг человека и других живых существ до конца не изучен (и будет ли когда-то вообще?), он несомненно существует и так же несомненно оказывает влияние на психофизическое состояние подопытного. Идея эта старая и очевидная: поскольку мозг сам генерирует электричество (электроэнцефалографию изобрели почти сто лет назад), то, вероятно, изменив напряжение на разных его участках, можно повлиять и на его работу.
Вскрывать черепную коробку нет необходимости. Достаточно приложить электроды к нужным участкам кожи головы (обычно их смачивают, чтобы контакт был лучше), подключить к внешнему источнику электрического напряжения — и сквозь кожу, кости, мышцы и собственно мозг потечёт электрический ток. На Западе это называют транскраниальной (букв. «чересчерепной») стимуляцией постоянным током (tDCS), в отечественной науке закрепился термин «микрополяризация», предложенный командой Натальи Петровны Бехтеревой.
Как ни назови, сообщения из лабораторий, посвящённые tDCS, мелькают в научной прессе регулярно — и, чтобы далеко не ходить, вот одно из последних. Группа психологов из Университета Вандербильта (США) продемонстрировала, как, пропуская слабый электрический ток через передние доли коры головного мозга, можно влиять на обучаемость. На подопытных цепляли пару электродов, подавали напряжение и изучали, как сила и направление тока, возникающего в участке коры, предположительно отвечающем за реакцию человека на ошибки, меняют скорость решения задачи, предполагающей совершение множества ошибок (установление соответствия между клавишами манипулятора и цветом на экране).
Вывод? Электричество может сделать человека более осторожным, реже ошибающимся, легче адаптирующимся к новым ситуациям. И пусть положительный эффект измеряется лишь единицами процентов, он якобы значительней, чем достигаемый психотерапевтическими методами или фармацевтикой.
Понятно, разные исследователи изучают различные аспекты tDCS, но выводы их в целом схожи: пропуская строго дозированные, ориентированные, позиционированные токи через головной мозг, возможно влиять на психофизическое состояние человека. Стоит ли удивляться, что из научных кругов идея быстро просочилась в массы? Тут ещё здорово подсобили предприниматели новой волны, активно разрабатывающие сейчас ниву «мыслесчитывающих шлемов» — компьютерных манипуляторов, позволяющих управлять виртуальными объектами усилием мысли (суть: уловить изменения мозговых электрических ритмов и преобразовать их в движение компьютерного курсора или даже нажатия клавиш; см., например, продукты компании NeuroSky).
Вот параллельно с ними и сформировалась полукустарная индустрия домашней «электротерапии мозгов». Если даже серьёзные учёные рассматривают транскраниальную электростимуляцию в качестве возможной замены химическим методам, грех не попробовать самому, верно? Да ведь и токи ерундовые, и техника несложна. Вот так этот кошмар и начался.
Перечислять здесь всех, кто подвизался на поприще «домашней tDCS», опять-таки нет смысла. Достаточно рассмотреть кого-нибудь одного; все прочие занимаются тем же самым, плюс-минус поправки в формулировках. Типичный пример — канадская контора Mind Alive, предлагающая несколько приборов для транскраниальной электростимуляции в домашних условиях (CESta, OASIS II). На сайте компании висит честное предупреждение, что её приборы не считаются медицинскими и никакой регулирующий орган официальной медицины не признал за ними способность избавлять человека от каких-либо болячек. Зато они якобы совершенно безопасны.
Выдавая запрограммированные потоки слабых электрических импульсов на множество точек черепа, они, как обещается, приносят расслабление, поднимают настроение. И стоят всего-то несколько сот баксов. Кстати, эта колонка иллюстрирована рекламными проспектами другой похожей компании, Foc.us, предлагающей tDCS-аппараты для дома ещё дешевле.
Но даже тратиться не обязательно. Домашний аналог той же вандербильтовской установки можно собрать вообще за копейки! Главное — знать электрические параметры и точки размещения электродов, а этими знаниями любители tDCS всегда готовы поделиться. 9-вольтовая батарейка, набор проводов и мягких контактов, простецкая вики-инструкция — и вот вам «улучшенные способности к счёту, быстрое усвоение новых знаний, повышенная креативность, более крепкая память, лучшие результаты в компьютерных играх» и даже «излечение от депрессии, невнимательности, табачной зависимости».
Любители такого рода экспериментов называют себя биохакерами — и тут они в общем точны: они практикуют именно хакерский — бессистемный, с изучением основ по ходу дела — метод исследований. В лучшем случае — на сертифицированном оборудовании, правдами и неправдами добытом на просторах Сети (многие ухитряются приобрести списанные медицинские приборы). В худшем — собирают всё сами.
Так в чём проблема? Токи малые, опыты безопасны. Самые тяжёлые из зафиксированных побочных эффектов ограничены жжением кожи, «вспышками» света да головной болью. Пусть желающие кипятят себе мозги, зарабатывают премию Дарвина! И всё-таки специалисты наблюдают за происходящим с нарастающим беспокойством. Они видят минимум две опасности.
Во-первых, любителями tDCS отсутствие доказательства (возможности негативных последствий) бездумно принимается за доказательство отсутствия (тех самых последствий). Никогда ещё опыты по транскраниальной электростимуляции не проводились с таким размахом: ведь сегодня на свой страх и риск ими занимаются десятки, может быть, сотни тысяч! И с этим связана проблема номер два: в домашних условиях контролировать параметры tDCS так же точно, как в лабораториях, естественно, невозможно. Как это влияет на риск, понятно без объяснений.
Конечно, вряд ли у «транскраниальных кустарей» будут зелёные дети. Но специалисты предлагают смотреть на ситуацию под другим углом: цена последствий (если они однажды проявятся) здесь точно выше цены (копеечной) аппаратуры. А это как минимум означает, что последствия будут массовыми, коснутся огромного числа людей. То, что минздравы до любителей tDCS и производителей сомнительной аппаратуры ещё не добрались, означает только, что они пока идут «ниже радаров».
Но популярность транскраниальной электростимуляции растёт. Не сегодня завтра на неё обратят внимание «народные целители», все эти малышевы и малаховы. И когда ваши родители, ваши бабушки с дедушками натянут на головы электродные сетки, вы будете знать, что час пробил.
Нейростимулятор своими руками
Данный прибор предназначен для людей, у которых малоподвижный образ жизни, болезни или просто лень. Они атрофируют мышцы, уменьшается кровоснабжение мышц и органов.
Биологически активные точки (точки акупунктуры) теряют связь между собой, что приводит к нарушению обмена энергией между ними. Это чревато новыми болезнями и ухудшением самочувствия. Если лень можно и надо прогнать, то для больных людей и для людей, ведущих вынужденный малоподвижный образ жизни, например на работе, предназначен нейростимулятр.
Его можно купить, а можно просто сделать самому из доступных деталей.
Нейростимулятор не качает мышцы, как ошибочно думают многие, насмотревшись рекламы, а разогревает их, усиливая кровоток. Особенно нужен такой прибор людям, находящимся долгое время на больничной койке после автомобильных аварий, с повреждениями позвоночника, парализованных. Хорошо применить его и для больных различного рода артритами с ограниченной подвижностью.
Нейростимулятор (простая версия)
Нейростимулятор имеет следующие параметры выходных импульсов:
Описание схемы
Функционально нейростимулятор состоит из двух генераторов импульсов, формирователя длительности импульсов, преобразователя напряжения и выходного усилителя. Генератор импульсов, реализованный на микросхеме DD1, на выходе выдает импульсы периодом от 1 секунды до 70 секунд.
Рис. 1. Принципиальная схема.
Период импульсов устанавливается резистором R2. Импульсы первого генератора запускают второй генератор, реализованный на элементах DD2.1, DD2.2. Период этих импульсов устанавливается резистором R6. Таким образом, длительность импульсов первого генератора заполняется импульсами второго генератора. Пауза между пачками импульсов равна половине периода первого генератора.
Для регулирования субъективного ощущения, выходные импульсы имеют одинаковую длительность, формируемую формирователем на элементах DD2.3, DD2.4. Длительность выходных импульсов от 50 до 250 мкс устанавливается резистором R9. На выводе 11 DD2.4 получаем импульсы отрицательной полярности.
Поэтому выходной транзистор VT3 в паузах между пачками импульсов открыт, а во время прохождения импульсов – закрыт. Нагрузочный резистор R10 ограничивает выходной ток до 27-30 мА, обеспечивая безопасность человека.
Преобразователь напряжения собран по стандартной схеме мультивибратора на транзисторах VT1, VT2 структуры p-n-p. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 30 х 15 х 6 2000НМ1. Обмотка W1 содержит 2 х 43 витка провода ПЭВ2-0,5, обмотка W2 содержит 2х14 витков, а обмотка W3 содержит 450 витков. Обмотки W2, W3 намотаны проводом ПЭВ2-0,27 (0,30).
Сначала наматывается обмотка W3, затем в два провода обмотки W1, W2. Конец одной обмотки W1 и W2 соединяется с началом второй, обеспечивая фазировку витков. Если после включения преобразователя на выходе диодного моста нет напряжения, то необходимо поменять местами выводы 1-3 или 4-6 трансформатора. Резистор R4 подбирается по минимуму потребляемого тока и по устойчивости запуска преобразователя при включении напряжения питания.
Потребляемый ток преобразователя без нагрузки – 20 мА. Общий потребляемый ток нейростимулятора – 60 мА.
Трансформатор блока питания необходимо рассчитывать на больший ток, так как кратковременно, при включении преобразователь потребляет больший ток. Это обусловлено установкой переходных процессов автогенератора.
Рис.2. Чертеж печатной платы.
Рис.3. Расположение элементов на плате.
Нейростимулятор (улучшенная версия)
Нейростимулятор имеет следующие параметры выходных импульсов:
Описание схемы
Функционально нейростимулятор состоит из двух генераторов импульсов, двух формирователей длительности импульсов, формирователя отрицательного импульса, преобразователя напряжения и выходных усилителей. Генератор импульсов, реализованный на микросхеме DD1, на выходе выдает импульсы периодом от 1 секунды до 70 секунд (см. рис., ниже).
Период импульсов устанавливается резистором R2. Импульсы первого генератора запускают второй генератор, реализованный на элементах DD2.1, DD2.2. Период этих импульсов устанавливается резистором R6. Таким образом, длительность импульсов первого генератора заполняется импульсами второго генератора. Пауза между пачками импульсов равна половине периода первого генератора.
Для регулирования субъективного ощущения, биполярные выходные импульсы имеют одинаковую длительность, определяемую одинаковыми формирователями на элементах DD2.3, DD2.4 и DD3.2, DD3.3. Формирователи представляют собой одновибраторы, срабатывающие по заднему фронту импульса (отрицательному перепаду). Элемент DD3.1 необходим для согласования одновибратора с выходным импульсом, поскольку на выходе необходимо получить последовательность положительных и отрицательных импульсов.
Длительность выходных импульсов от 50 до 750 мкс устанавливается спаренным резистором R8. На выводе 11 DD2.4 и 10 DD3.3 получаем отрицательные импульсы. Отрицательный импульс положительной полярности с вывода 10 DD3.3, через защитный диод VD3 и резистор R16 управляет высоковольтным ключом на транзисторе VT4.
Выходной транзистор VT4 в паузах между пачками импульсов открыт, а во время прохождения импульсов – закрыт. Поэтому на электроде, относительно общего провода, во время импульса будет высокое напряжение (плюс 100 В), а в перерывах между импульсами – ноль. Нагрузочный резистор R15 ограничивает выходной ток до 2,7-3,0 мА, обеспечивая безопасность человека.
Аналогичный импульс с вывода 11 DD2.4 поступает на инвертирующий триггер разнополярных импульсов, реализованный на микросхеме операционного усилителя DA1. Триггер не изменяет длительность входных импульсов, а инвертирует их и делает разнополярными. На выходе триггера будут присутствовать короткие импульсы от минуса питания до плюса. Эти импульсы управляют ключом на p-n-p транзисторе VT3. Работает он аналогично транзистору VT4, т.е. транзистор постоянно закрыт, а во время прохождения импульсов на электроде будет минус 100 вольт относительно общего провода.
Таким образом, на электродах относительно общего провода будут последовательно присутствовать высоковольтные импульсы разной полярности, но одинаковой длительности. Если подключить концы осциллографа на электроды, то осциллограмма будет с одним двойным импульсом (с небольшим разрывом) либо положительной, либо отрицательной полярности. Полярность зависит от того, к какому электроду подключен общий вывод осциллографа, а двойная длительность импульса получается из-за переполюсовки.
Импульс появляется либо на одном электроде, либо на другом. Рассматривая импульсы на электродах, установленных на теле, можно увидеть, что амплитуда импульсов уменьшается до 15-30 вольт в зависимости от сопротивления кожи. Поэтому не надо бояться, что вы пострадаете от высокого напряжения.
Индикацию прохождения пачек импульсов осуществляет светодиод HL1, который крепится на крышке корпуса. Светодиод может быть любого типа с соответствующей заменой гасящего резистора R18.
Преобразователь напряжения собран по стандартной схеме мультивибратора на транзисторах VT1, VT2 структуры p-n-p. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 32х16х8 2000НМ1. Обмотка W1 содержит 2х32 витка провода ПЭВ2-0,5, обмотка W2 содержит 2х9 витков того же провода, а обмотка W3, W4 содержат по 500 витков. Обмотки W2, W3 намотаны проводом ПЭВ2-0,27 (0,30). Сначала наматывается обмотка W3, затем W4, потом в два провода обмотки W1, W2.. Конец одной обмотки W1 и W2 соединяется с началом второй, обеспечивая фазировку витков. Если после включения преобразователя на выходе диодов VD1, VD2 нет напряжения, то необходимо поменять местами выводы 1-3 или 4-6 трансформатора. Настройку преобразователя лучше выполнять без нагрузочных резисторов R12, R15. При этом необходимо после выключения блока питания разряжать конденсаторы фильтра С4, С5. Резистор R4 подбирается по минимуму потребляемого тока и по устойчивости запуска преобразователя при включении напряжения питания.
Общий потребляемый ток нейростимулятора – 200 мА. Трансформатор блока питания необходимо рассчитывать на больший ток, так как кратковременно, при включении преобразователь потребляет больший ток. Это обусловлено установкой переходных процессов автогенератора.
Чертеж печатной платы показан на рис., ниже:
Расположение элементов на плате смотрите на рис., ниже:
Изготовление электродов
Электроды можно сделать квадратными или круглыми из белей жести (никелированной) диаметром 40-50 мм. Края электродов скругляются надфилем, чтобы электрод не врезался в тело. После припайки тонких проводов, сторона пайки заливается герметиком.
Использование нейростимулятора
На руках и ногах электроды лучше прикреплять с помощью укороченного эластичного бинта. На туловище надо сделать специальный бандаж на резинке и застежке на пуговицах или липучке. Если вы идете на работу, то бандажи можно надеть заранее. Ориентировочное расположение электродов на теле – начало и окончание мышцы.
Рис.4 Приблизительно установка электродов (от производителя).
Электроды лучше прикреплять на марлю, смоченную подсоленной водой. Если марли нет (или нет такой возможности), то необходимо позаботиться о хорошем контакте электрода с телом. Иначе под электродом будет ощущаться жжение. Наилучшее ощущение под электродом – это распирание. Будто мышца выдавливается изнутри.
Обычное ощущение – вибрации в такт импульсам, потепление. Сила ощущения регулируется резистором R9. Изменение положения электродов необходимо делать при выключенном нейростимуляторе.
Не торопитесь давать максимальную длительность импульсов воздействия – малые дозы более целебны. Лучше увеличить продолжительность. Болезни мы подхватываем не за один день, и лечить их надо тоже не один день. Первое включение с подсоединенными электродами делайте так, чтобы можно было быстро отключить прибор или электроды. Кратковременное замыкание электродов друг на друга не опасно. Прежде чем подключать прибор к больному опробуйте его действие на себе, лучше на ногах.
Если вы будете использовать прибор на других, то желательно поставить индикацию прохождения пачек импульсов. Для этого надо от вывода 13 DD2.4 через резистор соответствующего номинала на минус питания поставить любой светодиод. Светодиод и гасящий резистор крепятся на крышке корпуса.
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ
П О П У Л Я Р Н О Е:
Микросхема LM567 (LM567СN, LM567СН) выпускается фирмой National Semiconductor. Микросхема представляет собой селективную схему с ФАПЧ, которую можно настроить на определенную частоту в пределах от 100 Гц до 500 кГц. При поступлении на вход микросхемы сигнала частоты, на которую она настроена, на выходе микросхемы открывается транзисторный ключ (логический ноль, при наличии подтягивающего на плюс питания резистора). Тональный декодер LM567 отличается высокой селективностью и четкой реакцией на сигнал «своей» частоты. Подробнее…
Ремонт бытовых электроприборов
(В бытовых электрических приборах электроэнергия используется не одинаково. Советы по ремонту бытовой техники)
Поскольку любой прибор или аппарат рано или поздно приходит в негодность или возникают поломки, то необходимо производить как мелкий, так и крупный ремонт. На этой странице будет рассказано вкратце о том, как отремонтировать тот или иной прибор. Подробнее…
Всем знакомая ситуация: вставляем диск в DVD проигрыватель, а диск «не читается».
Две возможные причины:
1. Испорченный диск.
2. Неисправность в приводе DVD. Подробнее…
Brainstorm: электростимуляция мозга на дому
Электростимуляция была хорошо известна медикам СССР
На Geektimes не раз публиковались статьи об электростимуляции мозга. Мы в Madrobots всегда следим за новостями о различных технологических новинках и не могли пропустить настолько интересную информацию. Тема эта постоянно развивается, всплывают все новые аспекты использования электростимуляторов (причем, по большей части, положительные). За последние несколько лет ученые выяснили, что электростимуляция (tDCS) оказывает позитивное влияние на когнитивные функции людей.
Это, например, скорость реакции, концентрацию внимания и многое другое, о чем поговорим ниже. Стали постепенно появляться бытовые системы для нейростимуляции, и мы решили проверить, что есть достойного из предлагаемых вариантов. Забегая наперед, скажем, что нашлись варианты, один из которых мы и выбрали. Прежде, чем рассказать о нем, давайте вспомним, что собой представляет сама электростимуляция.
Сначала наука, а потом — все остальное
Стимуляция некоторых участков головного мозга постоянным током — вовсе не новинка. Этот процесс неоднократно рассматривался и применялся медиками. Например, в некоторых случаях электростимуляцию используют для восстановления пациентов, пострадавших от инсульта, для снижения болевых ощущений при мигрени с одновременным сокращением количества приступов, для лечения депрессии и замедления развития нейродегенеративных болезней. На данный момент в различных исследованиях по электростимуляции приняли участие уже более 15 000 человек. И это только в тех исследованиях, о которых известно — а ведь есть еще и засекреченные работы, проводимые военными.
Если проанализировать результаты этих исследований, то мы видим, что электростимуляция может многое. Что именно?
Улучшение многозадачности
Людям умственного труда умение концентрироваться на решении важных задач нужно, как воздух. Но это сложно сделать в случае наличия ряда отвлекающих, сторонних факторов. Первыми исследования в сфере нейростимуляции для улучшения многозадачности провели военные базы ВВС из Огайо. Как оказалось, когнитивные способности даже сильно уставших военных значительно увеличиваются после прохождения процедуры электростимуляции. Улучшается и скорость реакции.
Стимулирование вербальной памяти
Ученые ряда университетов, включая Гарвард и Оксфорд после проведения собственных исследований обнаружили, что электростимуляция ускоряет обучение и улучшает вербальную память. Причем улучшение довольно значительное — около 20%. Эффект держался в течение нескольких месяцев.
Участники эксперимента демонстрировали более высокую степень обучаемости, чем представители контрольной группы, не проходившие соответствующую процедуру.
Сокращение времени сна без отрицательных последствий для здоровья
Многие из нас любят поспать, это факт. Но что делать современному человеку, которому, кроме сна, нужно еще успевать массу вещей? Жизнь идет в бешеном темпе, и тратить большое количество времени на сон уже не кажется рациональным. Ученые из Германии решили проверить, может ли помочь электростимуляция в этом случае.
Как оказалось, да. Правда, сокращение получилось не таким большим — около получаса. Но у некоторых добровольцев результат был и более продолжительным — сон сократился на час с лишним. Сонливости или ухудшения качества сна добровольцы при этом не испытали.
Физические характеристики организма
О том, насколько опасным для карьеры спортсмена может быть употребление допинга, знаем все мы. В мире спорта постоянного кого-то наказывают чуть ли не из-за употребления кофе. Что-то не то съел или принял — все, в крови есть следы запрещенных препаратов.
Некоторые спортсмены активно экспериментируют с электростимуляцией мозга (по слухам, в США этим занимаются целые команды профессиональных спортсменов перед поездкой на значительные спортивные события). Возможно, это действительно помогает, поскольку не так давно собственное изучение влияния электростимуляции на организм спортсмена провела Ассоциация лыжного спорта и сноуборда США. Как оказалось, электростимуляция на несколько десятков процентов улучшает силу прыжка и координацию движений, не говоря уже о реакции.
Плохие привычки
Еще одна группа немецких ученых решила проверить, может ли помочь электростимуляция в избавлении от вредных привычек. Добровольцам, которые приняли участие в эксперименте, не говорили о том, что является целью. Они думали, что намерение ученых — выяснить, как влияет электростимуляция на настроение человека. В итоге оказалось, что участники стали потреблять меньше калорийных продуктов. Конечно, все это может быть спорным, но в других исследованиях было показано, что электростимуляция помогает избавиться и от некоторых других зависимостей, включая курение и любовь к спиртным напиткам.
Недавно выяснилось, что электростимуляция может помочь и при излечении депрессии.
Как это работает?
В том, что электростимуляция оказывает действие на мозг, никто не сомневается, это уже доказано. Электроды, которые прикладываются к коже головы, постоянно действуют на мозг очень слабым постоянным током силой в 1-2 миллиампера. При этом анод уменьшает разницу потенциалов на мембранах нейронов. А это облегчает их возбуждение в случае получения сигнала от «соседа». Катод снижает возбуждаемость нейронов.
Считается, что основной принцип действия электростимуляции — это увеличение активности зоны коры головного мозга, на которую действовали анодом. Если процедуру проводить регулярно, то эффект сохраняется надолго, поскольку происходят некоторые изменения в связности нейронов.
Опасно ли это?
Многочисленные исследования показали, что нет. Отрицательных побочных эффектов не выявлено, хотя ученые провели уже несколько тысяч экспериментов с электростимуляцией. Да и вряд ли можно повредить мозг периодическим кратковременным воздействием на него токов слабой силы в 1-2 миллиампер.
Правда, специалисты рекомендуют обращать внимание на корректность расположения электродов и на продолжительность воздействия электродов на мозг (не более получаса).
Где купить электростимулятор (нейростимулятор) мозга?
Такие устройства довольно давно появились в свободной продаже. Что касается России, то нейростимулятор Brainstorm купить можно у Madrobots. Система представляет собой основной модуль с пультом управления, два гелевых электрода, токопроводящие губки, контактный провод и бутылочки с токопроводящей жидкостью. Для удобства пользователя есть налобная и наплечная повязки, которые позволяют фиксировать электроды на голове или плече.
В инструкции показано, как нужно расположить электроды, чтобы получить определенных эффект. Сила тока, выдаваемая прибором, регулируется от 0,6 до 2 миллиампер. Процедуру рекомендуется проводить регулярно на протяжении 5-10 дней по 10-20 мину каждый день.
Сейчас мы сами проверяем действие устройства и через время обязательно расскажем о результатах.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
