经颅直流电刺激（tDCS）对青年和老年人前额叶和顶叶脑网络的调控研究
尧利书
学术前沿
2022-01-25
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经颅直流电刺激（tDCS）是在头皮应用微弱的直流电（一般为1-2mA），无痛地透过皮肤，对大脑皮质产生神经调控的刺激技术。

tDCS被认为是一种安全、有效、创新的治疗方法，被应用到一些神经精神性疾病的治疗中，如中风、慢性疼痛和抑郁症等。

一些证据表明阳极tDCS可增加神经元的兴奋性，有可能短暂调节认知功能，包括与年龄相关的脑功能变化。但生理衰老的头皮刺激部位、任务表现和脑网络连接之间的相互作用的研究较少。

2022年，一项最新的关于tDCS对青年和老年人前额叶和顶叶脑网络的调控研究发表在《International Journal of Neural Systems》（IF=5.866）上，下面是详情：

实验目的：

评估阳极tDCS应用于两个不同的头皮刺激部位【前额叶皮层（PFC）和后顶叶皮层（PPC）】后，年轻人和老年人大脑激活后扩散的反应。

实验对象：

18名健康青年和15名老年受试者签署知情同意并符合纳入排除标准。

实验方法：

1.tDCS方案
受试者分别进行了两次阳极tDCS治疗，阳极分别在两个不同的刺激部位：左顶叶皮层（对应于脑电图帽上的P3位置）和左PFC（对应于脑电图帽上的F3位置）。电流强度固定在1.5mA，持续13min。两个部位刺激间隔一周，避免tDCS治疗后续效应。全程用脑电图记录信号，实验流程如图a。

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2.实验任务：
在每个刺激条件之前和之后，受试者进行n-back（年轻人3-back；老年人2-back）工作记忆任务，同时进行脑电图记录。每个n-back任务随机呈现160次试验（共320次试验）；25%的正确目标（图b）。

在顶叶tDCS前后，受试者进行单词识别任务（WRT）。刺激前受试者朗读20个单词。每个单词呈现2秒，刺激结束5分钟后，将这20个单词与另外30个单词随机混合在一起。记录受试者识别出第一次出现的单词正确个数计算正确率，如图b。

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3.脑电图记录：
脑电图采样率为5000Hz，接地电极被放置在额叶中部（Fpz）的位置。右侧乳突电极（M2）作为参考电极，而左侧乳突电极（M1）为记录电极。通过两个眼电图通道监测眼球运动。

4.脑网络分析：
使用脑连接工具箱(BCT,brain-connectivity-toolbox.net)建立了无向加权网络。该网络的节点为脑电图皮层源空间中的布罗德曼区(BAs)，边缘用每对节点之间的标记线性连通性值进行加权。并利用eLORETA计算电流密度皮层三维分布的脑电图功能连通性分析。通过电脑计算，得出以下七个感兴趣的脑电频带：δ、β、α1、α2、β1、β2、γ。

5.数据分析：
①利用方差分析对不同组（年轻、年老）、不同位点（PPC、PFC）、不同频带（δ、β、α1、α2、β1、β2、γ）的SW指数差异性进行分析，了解不同因素对结果的影响。

②利用重复测量的方差对不同组别、治疗位点、频带的SW指数差异性进行分析，了解性别对实验结果的影响。

③利用方差分析不同组、治疗位点和治疗前后的RT和d’差异性。

④利用K-S检验数据的正态性，原假设被拒绝，所以进行Duncan事后分析，显著性水平为0.05。

结果：

方差分析结果显示，SW指数与年龄、治疗位点、频带的交互作用如下图：
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年轻受试者中，与PFC相比，刺激PPC时，beta 1(p = 0.030)、 beta 2 (p = 0.010) and gamma (p = 0.0001)频带的SW指数更高。而在年老者中未出现该种变化。

无论是青年F(6，96)=1.3842，p=0.228，还是老年人F(6，78)=1.3846，p=0.231，均未发现显著的性别差异。

结论：

只有在年轻人中，刺激PPC和PFC对SW指数有不同的影响，而在老年受试者中，PPC和PFC刺激之间没有任何差异。因此，由这两个刺激部位引起的SW指数变化表明老年人因大脑衰老而对刺激产生不同的反应。



参考文献


Miraglia F,Vecchio F ,Pellicciari M C, et al. Brain Networks Modulation in Young and Old Subjects During Transcranial Direct Current Stimulation Applied on Prefrontal and Parietal Cortex[J].International Journal of Neural Systems,2022, 32(01).


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