Deși elementul comun al metodelor și tehnicilor care vor fi prezentate este reprezentat de îmbunătățirea performanțelor cognitive, afective și comportamentale, acestea sunt foarte variate din punctul de vedere al principiilor de funcționare, condițiilor de administrare și acțiune la nivelul subiecților, ramurilor medicale în care au fost dezvoltate sau sunt aplicate în scop terapeutic, tipul de personal militar sau profesii civile la care sunt recomandate, potențialelor riscuri etc.
Din această cauză, o tratare unitară va avea în primul rând în vedere efectele de optimizare şi neuroaugmentare, iar prin natura demersului nostru, vom aborda în mod prevalent aplicațiile asupra personalului de securitate națională, şi în mai mică măsură aspecte medicale și biologice. Această abordare este confirmată și prin utilizarea surselor bibliografice (rapoarte, referate, articole, anunțuri de presă sau surse electronice etc.), provenite mai ales de la instituții militare și civile din domeniul securității naționale, care tratează conceptul de îmbunătățire a performanțelor umane prin prisma beneficiilor demonstrate sau potenţiale aduse acestei categorii de personal.
Descrierea în cele ce urmează a metodelor de neuroaugmentare are în vedere în special aplicațiile practice dezvoltate, interesul manifestat prin alocarea de fonduri și dezvoltarea unor programe de cercetare majore, menționarea în documentele de doctrină militară și utilizarea experimentală în practica militară curentă.
Optimizarea stilului de viață
Nutriția avansată și personalizată este esențială pentru personalul militar, în special în condiții de campanie, conflict, stare de alarmă etc. Corelația nutriție-eficienţă cognitivă este de mult timp observată, însă mecanismele responsabile nu sunt încă bine cunoscute. Nevoile nutriționale ale sistemului nervos sunt deosebite și necesită o abordare diferențiată şi, pe cât posibil, personalizată[1].
Neuronutriția[2] accentuează importanţa unei alimentații bogate în substanțe nutritive cu rol în buna funcționare a SNC-ului (vitaminele B, vitaminele C, D, E, antioxidanți, isoflavone), antiagregante, acizi omega 3[3], MCT (trigliceride cu lanț mediu), pleiotrope, aminoacizi esențiali și neesențiali[4], albumină, seleniu, zinc, magneziu, iod etc.) și prevenirea patologiilor cu impact asupra SNC (metabolice – diabet zaharat; profil lipidic; boli autoimune; intoxicații cu metale grele sau alte neurotoxice (Pb, Al, Cu, Cd, Hg, Mn, As), boli neurovasculare, posibil unele boli neurodegenerative) etc.
O altă direcție constă în administrarea de pre- și probiotice selectate (axa intestin-creier), având în vedere un număr tot mai mare de studii care atestă efectele de reducere a anxietății, efecte neurotrofice, posibil chiar stimularea neurogenezei, sinteza unor neurotransmițători sau precursori (de exemplu, Lactobacillus casei, L. acidophilus, L. johnsoniiBifidobacterium lactis, B. longum,B. animalis)[5].
O altă abordare care a înregistrat progrese semnificative în ultimul deceniu este reprezentată de nutrigenomică și nutrigenetică. Nutrigenomica studiază modalitățile prin care nutrienții și compușii alimentari pot interacționa și interfera direct și indirect cu expresia genelor unui organism, producând consecințe metabolice sau de altă natură. Nutrigenetica este interesată de felul în care configurația noastră genetică modelează nevoile metabolice și mai ales de diferențele interindividuale care pot genera variații uneori semnificative de performanță sau susceptibilitate la patologii în contextul unei diete standard. Dezvoltarea metodelor de investigație a codului genetic și creșterea accesului la teste genetice performante (în special datorită scăderii spectaculoase a costului în decursul ultimului deceniu) au permis dezvoltarea unor noi tehnologii „omice”: transcriptomica, epigenomica, proteomica, lipidomica, metabolomica, metagenomica[6].
În cazul neuronutriției interesul este de a putea stabili o dietă personalizată care să se plieze pe constelația genetică a individului și să contribuie la atingerea potențialului maximal, să permită creșterea rezilienței metabolice pe o bază științifică, eventual să ofere o intervenție nutrițională preventivă în cazul unui risc crescut de boli metabolice. Această abordare este tot mai întâlnită în cazul sportivilor de performanță[7] și posibil și în cazul luptătorilor din trupele speciale. În cazul militarilor, neuronutriția poate fi o componentă a contramăsurilor la factorii de agresiune operaționali care interferă cu funcționalitatea SNC: imunosupresie, reducerea acuității mentale, creșterea stresului oxidativ, efecte induse de explozii – la nivelul organelor senzoriale sau sistemului nervos central, variații termice, stres psihoemoțional accentuat[8] etc.
Psihoimunonutriția se referă primordial la evitarea alimentelor și a substanțelor la care individul este alergic sau prezintă intoleranţă. Se evită astfel apariția unor sindroame de malabsorbție care pot afecta funcționalitatea sistemului nervos.
Crononutriția urmărește optimizarea metabolică prin identificarea relației la nivel de individ între ciclurile hormonale, circadiane, tipul de activitate etc. Beneficiile constau în creșterea rezistenţei și menținerea performanței în condiții de stres psihologic și intelectual, în situații de deprivare de somn, efort prelungit, deprivare de lumină naturală.
Dieta antiestrogenică/pro-androgenică urmărește stabilirea unui aport optim de alimente care să determine o balanță între efectul estrogenic indus de fitoestrogeni sau molecule cu efect similar cu cel al estrogenilor și efectul de stimulare a hormonilor androgeni indus indirect de efort fizic. Obiectivele sunt corectarea deficienţelor hormonale androgenice ușoare, efectul de tip neurosteroid, efectele psihologice (creșterea încrederii în propriile capacități, reziliență, asertivitate, combativitate), creșterea rezistenţei la stresul psihologic, controlul greutății corporale. Poate fi utilizată doar în cazul bărbaţilor.
Restricție calorică cu nutriție adecvată (CRAN) este indicată în situații de stres de scurtă durată (zile), care presupun o activitate intelectuală prelungită, deprivare de somn sau condiții restrictive[9]. Una dintre variante este postul intermitent (18 ore repaus alimentar/12 ore alimentare) care permite creșterea sensibilității la insulină și o rezistenţă crescută la deprivare alimentară. Rezultate încurajatoare, în condiții experimentale, au fost obținute și prin administrarea carnitinei în condiții de restricție calorică[10]. O variantă mai avansată este ketodieta[11], dificil de realizat, însă cu rezultate foarte bune în cazul militarilor supuși la eforturi excepționale (de exemplu, trupe SEAL, cercetași[12]). Necesită o abordare graduală și monitorizare medicală, instruirea subiecţilor şi măsurători zilnice ale ketonelor, personal cu experiență și o abordare individualizată.
Importanța acordată factorilor nutriționali în augmentarea performanțelor militare este subliniată și de programul „Metabolically Dominant Soldier” dezvoltat de DARPA începând cu anul 2004. Obiectivul principal a fost optimizarea și controlul metabolismului energetic în condiții de stres fizic prelungit similare celor din teatrul de luptă. În anul 2007 programul „Peak Soldier Performance” a continuat cercetările destinate nutriției de performanță pentru personalul militar[13]. Un alt program DARPA, denumit „Intestinal Fortitude Program”, a avut drept obiectiv modificarea microbiomului intestinal pentru a preveni și crește reziliența soldaților la infecțiile enterice. Tot în cadrul acestui program a fost cercetată posibilitatea de inserare în microbiomul intestinal a unor bacterii capabile să digere celuloza și să o transforme în glucoză – subprogramul „Crystalline Cellulose Conversion to Glucose (C3G)”.
Având în vedere impactul nutriției adecvate și al igienei alimentare asupra stării de sănătate și capacității de reacție și luptă, precum și cercetările și controversele din acest domeniu, Armata SUA editează periodic un ghid de recomandări nutriționale și standarde alimentare pentru HPO[14].
Activitatea fizică. O multitudine de studii au pus în evidenţă legăturile strânse dintre activitatea fizică constantă sau practicarea unor sporturi care necesită aptitudini deosebite (de control şi fineţe, cognitive) și efectul pozitiv, protector asupra capacității cognitive și a stării psihologice.
Cercetările medicale confirmă legătura la nivel molecular între efortul fizic și neurotroficitate, neuroplasticitate[15], neurogeneză, alterarea expresiei genelor la nivel cerebral[16], menținerea tonusului cardiovascular, oxigenarea cerebrală (în special în timpul efortului fizic) sau efectul intens antidepresiv, de reducere a stresului. Menținerea tonusului cognitiv se manifestă prin efecte la nivelul memoriei[17], atenției, capacității de concentrare, multitaskingului, capacității de învățare, inteligenţei motrice, capacitatea de a gestiona stresul etc. Activitatea fizică rămâne cea mai simplă, accesibilă și ieftină modalitate de eficientizare a activității cerebrale, alături de antrenamentul cognitiv.
În unele situații exercițiile fizice sunt asociate cu proceduri de recuperare de tipul hidroterapie, fizioterapie acvatică, ozonoterapie, crenoterapie. Deși larg răspândite și studiate, efectele la nivelul indivizilor sănătoși sunt în general modeste sau chiar sub efectul placebo, fiind în general complementare unor proceduri cu efect cert. Pot fi utile în accelerarea refacerii după eforturi intense, modularea tonusului vegetativ, reducerea sensibilității la durere, ameliorarea calității somnului[18].
Pe lângă o serie de calități motrice „clasice” intens studiate (forță, viteză, rezistență etc.), ca urmare a cognitizării și robotizării accelerate a conflictelor, se acordă tot mai multă atenție capacității crescute de control fin și complex al mișcărilor, mai ales în condiții de stres fizic și psihologic. În special sunt de interes factorii care influențează coerența corticomusculară (CCM), un indicator funcțional utilizat pentru evaluarea coerenței dintre cortexul motor central și mușchii striați asociați. În mod uzual pentru evaluarea CCM se utilizează măsurători sincrone ale activității electrice cerebrale (via EEG) și la nivelul mușchilor efectori (EMG), cu toate că în ultimele decenii au început să fie utilizate și alte metode de măsură mai complexe (dar mai puțin accesibile) precum magnetoencefalografia, RMN-ul funcțional sau mai invazive – electrocorticografia și electromiografia de suprafață sau de fibră unică. Studiul unor factori cardinali implicați în modularea coerenței corticomusculare precum vârsta cronologică, frecvența undelor cerebrale, variația EEG în funcție de gradul şi perioada de efort, statusul cognitiv și emoțional etc. a permis realizarea unor tehnici de antrenament și dispozitive cu grade diferite de complexitate care permit atingerea unui grad înalt de finețe și control al mușchilor striați[19]. În domeniul civil aplicațiile optimizării coerenței corticomusculare sunt în special în domeniul sportiv, în profesiile manuale de precizie, la muzicieni sau practicanții de sporturi extreme. Considerăm că specialități militare precum piloții de avioane supersonice, piloții de drone aeriene, trăgătorii de elită, luptătorii din forțele de reacție rapidă, scafandrii militari, medicii militari ar putea beneficia de tehnicile de îmbunătățire ale CCM.
Optimizarea somnului este un aspect critic pentru păstrarea eficienţei personalului de securitate națională, având în vedere programul de lucru intens și imprevizibil. Durata și calitatea somnului sunt esențiale pentru performanţa sistemului nervos și a funcțiilor cerebrale superioare, neexistând până în prezent o modalitate artificială de a reproduce efectele restaurative ale somnului[20]. O limitare în cercetarea deprivării prelungite de somn este imposibilitatea studiului experimental cu voluntari, având în vedere efectele nocive asupra sănătății, astfel că informațiile medicale provin în special din monitorizarea unor situații reale (conflicte, dezastre, antrenamente militare prelungite, operații chirurgicale etc.) sau din studii cu animale de experiență.
Există o mare variabilitate a tiparelor individuale de odihnă și a rezilienţei la factori stresori (inclusiv factori genetici). Monitorizarea somnului (jurnal, aplicații digitale online, polisomnografie, EEG, ECG etc. – în special cu senzori wireless) oferă posibilitatea identificării și gestionarii factorilor care afectează calitatea somnului (hipoxie de diverse cauze, tulburări de ritm cardiac, sindromul picioarelor neliniștite etc.), a optimizării (igiena somnului) și planificarea unor intervenții nutriționale, farmacologice, de neuromodulare și neurostimulare, antrenament, gestionarea microclimatului etc., pentru inducerea unui anumit tipar de somn (ex. somnul polifazic)[21].
Deprivarea cronică de somn reprezintă o cauză majoră a degradării funcțiilor cognitive individuale, a capacităților de comunicare și acțiune în cadrul unui grup și creşte semnificativ riscul depresiei. Adaptarea tiparelor de somn-veghe la condițiile operaționale prezintă un interes deosebit pentru instituțiile militare, având în vedere stresul și solicitările în condiții de alarmă sau de luptă[22]. Studiile efectuate pe echipe de chirurgi militari în perioade de antrenament realist și campanie au demonstrat scăderea radicală a performanțelor cognitive după maximum 48 de ore fără somn. Menționăm câteva dintre contramăsurile propuse împotriva oboselii datorate lipsei prelungite de somn: sleep-banking-ul în perioadele anterioare deprivării, perioade scurte de somn (power-naps), utilizarea judiciosă a eugeroicelor (cofeină, modafinil), programe de lucru coordonate pentru a reduce desincronizarea activității în timpul zilei și perioade obligatorii de odihnă în care să se asigure condiții optime de inducție în mod natural a somnului[23].
Există un interes crescut pentru utilizarea sleep-banking-ului ca o contramăsură naturală și accesibilă pentru creșterea rezilienței la perioadele stresante cu etape reduse de somn. Deși există un număr foarte mare de studii despre sleep-banking, totuși o parte, reduse ca număr, sunt realizate în condiții strict controlate și pe un număr mare de subiecți. Putem afirma cu prudență că în acest moment rezultatele sunt ambivalente, deși se acceptă că sleep-banking-ul diminuează efectele induse de oboseala generată de deprivarea de somn și scade timpul de recuperare neuropsihologică, fără însă a permite extinderea perioadei de activitate în absența somnului[24].
Utilizarea agenților eugeroici (Modafinil, Adrafinil), analeptici (cofeină, alte xantine, orexine) sau a amfetaminelor (Ritalin), cu scopul de a diminua somnolenţa diurnă și a creşte gradul de concentrare și atenție în condițiile deprivării de somn, a oferit rezultate bune, însă sunt susceptibile de a influența deciziile operaționale, probabil din cauza stresului prelungit care scade capacitatea de autocontrol[25].
O serie de programe dezvoltate în cadrul DARPA au avut drept obiective păstrarea stării de alertă timp îndelungat (până la 7 zile), fără alterarea funcțiilor cognitive sau apariția tulburărilor comportamentale și diminuarea efectelor deprivării de somn în condiții de stres operațional, dintre care menţionăm „Preventing Sleep Deprivation (PSD)” – testarea efectelor Modafinilului și ampakinei CX717 şi „Continually Assisted Performance”[26].
[1] Marta K. Zamroziewicz, M. TanveerTalukdara, Chris E. Zwilling, Aron K. Barbey, Nutritional status, brain network organization, and general intelligence. NeuroImage, volume 161, 01.11.2017, pp. 241-250, disponibil la http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811917306900.
[2] Neuronutriția este un program medical nutriţional care are drept scop furnizarea principiilor alimentare care facilitează buna funcționare a sistemului nervos: precursori ai neurotransmițătorilor, vitamine, peptide, aminoacizi, lipide complexe (ceramide, gangliozide) etc.
[3] Deuster P., Nutritional armor for the warfighter: can omega-3 fatty acids enhance stress resilience, wellness, and military performance?. Mil Med. 2014 Nov;179(11 Suppl):185-91, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25373105.
[4] Hoffman JR, Landau G, Stout JR, et al., β-alanine supplementation improves tactical performance but not cognitive function in combat soldiers. J Int Soc Sports Nutr. 2014;11(1):15. 10.1186, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3983672/.
[5] Jonathan Scheiman, Jacob M. Luber, Theodore A. Chavkin, Tara MacDonald, Angela Tung, Loc-Duyen Pham, Marsha C. Wibowo, Renee C. Wurth, Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nature Medicine, vol. 25, pp. 1104–1109 (2019), disponibil la https://www.nature.com/articles/s41591-019-0485-4.
[6] Ferguson L.R., De Caterina R., Görman U., Allayee H., Kohlmeier M., Guide and Position of the International Society of Nutrigenetics/Nutrigenomics on Personalised Nutrition: Part 1 – Fields of Precision Nutrition. 9th Congress of the International Society of Nutrigenetics/Nutrigenomics, Lifestyle Genomics, 2016, Vol.9, No. 1, disponibil la https://www.karger.com/ Article/FullText/445350.
[7] Nanci S. Guest, Justine Horne, Shelley M. Vanderhout, Ahmed El-Sohemy, Sport Nutrigenomics: Personalized Nutrition for Athletic Performance. Front Nutr. 2019; 6: 8, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6389634/.
[8] Lieberman HR, Bathalon GP, Falco CM, Kramer FM, Morgan CA 3rd, Niro P., Severe decrements in cognition function and mood induced by sleep loss, heat, dehydration, and undernutrition during simulated combat. Biol Psychiatry. 2005; 57:422–429, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/15705359.
[9] Lieberman HR, Farina EK, Caldwell J, Williams KW, Thompson LA, Niro PJ., Cognitive function, stress hormones, heart rate and nutritional status during simulated captivity in military survival training. Physiol Behav. 2016 Oct 15;165: 86-97, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27374427.
[10] Swati Jain, Som Nath Singh, Effect of l-carnitine Supplementation on Nutritional Status and Physical Performance Under Calorie Restriction. Indian J Clin Biochem. 04.2015, vol. 30(2), pp. 187–193, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ articles/PMC4393395/.
[11] Dietele ketogene sau ketodietele sunt programe medicale nutriționale bazate pe păstrarea numărului de calorii necesare, însă scăderea progresivă a aportului de glucide și înlocuirea cu diverse tipuri de grăsimi. Astfel, corpii cetonici devin principalul combustibil metabolic, aspect care determină o serie de modificări importante la nivel de metabolism, precum creșterea sensibilității la insulină, scăderea secreţiei de insulină, acidoză metabolică compensată etc. Mai sunt cunoscute și sub denumirea de diete cu conținut scăzut de carbohidrați sau low-carb sau low carb-high fat. Necesită supraveghere medicală când sunt aplicate la indivizi care efectuează efort intens. (Sursa: https://curlie.org/Health/Conditions_and_ Diseases/Neurological_Disorders/ Epilepsy/Treatment/ Ketogenic)
[12] LaFountain RA, Miller VJ, Barnhart EC, Hyde PN, Crabtree CD, McSwiney FT et all., Extended Ketogenic Diet and Physical Training Intervention in Military Personnel. Mil Med. 03.2019, disponibil la https://academic.oup.com/milmed/advance-article/doi/10.1093/milmed/usz046/5382216.
[13] DARPA. Statement by Dr. Robert Leheny. 20.05.2009, disponibil la https://www.darpa.mil/attachments/ TestimonyArchived%20(May%2020%202009).pdf.
[14] Headquarters Departments of the Army, the Navy, and the Air Force, Nutrition and Menu Standards for Human Performance Optimization. 10.2017, disponibil lahttps://armypubs.army.mil/epubs/DR_pubs/ DR_a/pdf/web/AR40-25_WEB_Final.pdf.
[15] Kempermann G., Fabel K., Ehninger D., Babu H., Leal-Galicia P., Garthe A., et al., Why and how physical activity promotes experience-induced brain plasticity. Front. Neurosci. (2010), 4:18910.3389, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3000002/.
[16] Hötting K., Röder B., Beneficial effects of physical exercise on neuroplasticity and cognition. Neurosc.and Biobehav. Rev. 2013;37(9):2243–2257. doi: 10.1016, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/23623982.
[17] Erickson K. I., Voss M. W., Prakash R. S., Basak C., Szabo A., Chaddock L., et al., Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (2011) 1083017–3022. 10.1073, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3041121/.
[18] Ahokas EK, Ihalainen JK, Kyröläinen H, Mero AA., Effects of Water Immersion Methods on Postexercise Recovery of Physical and Mental Performance. J Strength Cond Res. 06.2019, vol. 33(6), pp. 1488-1495, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31008862.
[19] Jinbiao Liu, Yixuan Sheng, Honghai Liu, Corticomuscular Coherence and Its Applications: A Review. Front. Hum. Neurosci., 20.03.2019, disponibil la https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnhum .2019.00100/full.
[20] Susanne Diekelmann, Sleep for cognitive enhancement, Front. Syst. Neurosci., 02 aprilie 2014, disponibil la http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnsys.2014.00046/full.
[21] Schabus M, et al., Enhancing sleep quality and memory in insomnia using instrumental sensorimotor rhythm conditioning, Biol Psychol. (2014) Jan; 95:126-34, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/23548378.
[22] Peterson AL, Goodie JL, Satterfield WA, Brim WL, Sleep disturbance during military deployment, Mil Med. 2008;173: 230–5, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18419023.
[23] Parker RS, Parker P., The impact of sleep deprivation in military surgical teams: a systematic review, J R Army Med Corps. 06.2017, vol. 163(3), pp. 158-163, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pubmed/27625370.
[24] John Axelsson, Vladyslav V. Vyazovskiy, Banking Sleep and Biological Sleep Need, Sleep, 01.12.2015; vol. 38(12), pp. 1843–1845, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4667377/.
[25] McLay RN, Klam WP, Volkert SL, Insomnia is the most commonly reported symptom and predicts other symptoms of post-traumatic stress disorder in U.S. service members returning from military deployments. Mil Med. 2010;175: 759–62, disponibil la https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20968266.
[26] https://www.darpa.mil/attachments/TestimonyArchived(April%2010%202002).pdf
