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fNIRS研究顯示：多靶點比單靶點HD-tDCS刺激更能改善反應抑制

  • 發(fā)布日期：2023-09-28
  • 閱讀量：2068
  • 來源：依瑞德集團

反應抑制(Response inhibition)是指抑制不當或不相關反應的能力，從而使人對環(huán)境的變化做出靈活的、目標導向的行為反應。它在日?；顒又衅鹬匾饔?，如駕駛員停下來以避免撞到行人。反應抑制與決策、工作記憶和沖動控制等密切相關，同時也與一些精神疾病有關。 


目前，對于反應抑制的研究中，經顱直流電刺激(tDCS)已被廣泛應用，但常規(guī)tDCS使用較多，使用高精度tDCS(HD-tDCS)的研究較少，且關于選擇右額下回(rIFG)或前輔助運動區(qū)(pre-SMA)作為刺激靶點哪個更有效的問題仍未得出定論。此外，多靶點陽極刺激對大腦區(qū)域的影響也尚未有詳細研究。


一項發(fā)表在《Frontiers in Neuroscience》上的研究進行了一項隨機、單盲對照實驗，利用近紅外腦功能成像技術(fNIRS)探索了多靶點陽極HD-tDCS對反應抑制的影響，并與只刺激rIFG或pre-SMA的單靶點陽極HD-tDCS效果進行了比較[1]。


一、實驗詳情
92名健康大學生，隨機分為多靶點陽極HD-tDCS(rIFG+pre-SMA)組、單靶點陽極HD-tDCS(rIFG)組、單靶點陽極HD-tDCS(pre-SMA)組和偽刺激組。具體分組情況及實驗流程如下圖(偽刺激組1名患者任務期錯誤率過高未納入分析):

圖1 研究設計示意圖


HD-tDCS刺激參考10-10腦電定位系統(tǒng)確定電極位置，使用軟件繪制相應的電流和電場分布圖。HD-tDCS相關參數如圖2和表1：


圖2 (A)模擬HD-tDCS陽極刺激rIFG+pre-SMA(上)、rIF(中)、pre-SMA(下)的電流方向和電場分布圖；

(B)電流大小與時間關系示意圖，上為真刺激(單靶點電流大小為1.25mA，多靶點電流大小為2.5mA)，

下為偽刺激(電流大小為1.25mA或2.5mA)


表1 根據國際10-10系統(tǒng)，每個電極的位置和電流強度(mA)



停止信號任務(SST)

用來研究反應抑制，參與者按鍵盤上“F”以響應向左的箭頭，按”J”以響應向右的箭頭，當箭頭上出現(xiàn)紅色小方塊(停止信號延遲時間，SSD)不按鍵盤。SSD從250 ms開始，并通過程序(抑制成功增加SSD/抑制失敗減少SSD，SSD范圍=0-1250 ms)動態(tài)調整，以確保每個參與者50%的概率成功抑制。計算停止信號反應時間(SSRT)來估計抑制過程的潛伏期，SSRT越短說明被試反應抑制能力越強。除了SSRT之外，還計算停止實驗正確率、正確進行實驗的反應時間(goRT)。


go/no-go(GNG)任務

旨在誘導反應抑制，go和no-go block交替(每個block包含12次實驗)，每個block間隔30秒。受試者在看到數字1、2、4時按下字母”J”，看到數字3時停止反應。go block中都需要按下字母”J”。除了goRT和nogo準確性外，還計算了逆效率評分（IES），IES=goRT/正確率，正確率指go/no-go的正確次數除以總實驗次數。


在HD-tDCS干預前后進行測試，具體的任務流程如下圖：

圖3 行為任務程序的詳細信息

(A)SST任務；(B)GNG的block設計示意圖，a=指令，b=提示，c=休息，d=go block，e=no-go block；(C) GNG任務


fNIRS檢測

僅在GNG任務期間使用fNIRS系統(tǒng)測量氧合血紅蛋白(HbO)和脫氧血紅蛋白(HbR)濃度變化。11個發(fā)射光源和11個接收器共組成34導，覆蓋pre-SMA和 rIFG區(qū)域。fNIRS通道排布如下圖：

圖4 fNIRS通道布局(A)紅圓=光源，藍圓=探測器，白色方形=通道。

通道1位于Cz處，并且探針集的最上邊緣(即通道1-3)與Cz-Oz重疊。

(B)渲染大腦上通道的空間配準。(C)光源位置的不同視圖。


根據基線SSRT的中位數進行分割，將參與者分為高性能(HP)亞組和低性能(LP)亞組進行分析。


二、結果

1、多靶點刺激組治療后SSRT相對于基線顯著縮短；rIFG、pre-SMA或偽刺激組干預前后SSRT變化無統(tǒng)計學差異(圖5A)；
2、多靶點HD-tDCS組中兩個亞組的SSRT均顯著縮短，而rIFG組僅低性能亞組SSRT顯著縮短(圖5B)；
3、只有多靶點HD-tDCS組治療前后pre-SMA腦區(qū)HbO濃度變化顯著降低(圖5C)。

圖5 HD-tDCS對測量結果影響的箱線圖

(A)各組在SST任務中的行為表現(xiàn)。

(B)對SST任務行為表現(xiàn)進一步分析發(fā)現(xiàn)，rIFG組(上)和偽刺激組(下)的亞組與時間之間的交互作用顯著。HP，高性能亞組；LP，低性能亞組。

(C)干預前后pre-SMA的HbO濃度變化。?p<0.05，??p<0.01，和???p<0.001。


三、結論

該項fNIRS研究初步證明與常用的單靶點刺激相比，多靶點HD-tDCS是增強反應抑制的一種有效途徑。


四、討論

單靶點HD-tDCS刺激pre-SMA未對反應抑制產生統(tǒng)計學效應，與之前的一些研究結果相矛盾，可能是研究中使用的參數不同。


先前的研究采用傳統(tǒng)的tDCS，電極片面積16-35c㎡，空間分辨率低，可能影響到與反應抑制相關的其他腦區(qū)。該研究中采用直徑1.2cm的HD-tDCS電極，一個中心陽極周圍等距圍繞四個回路電極，相對于傳統(tǒng)的tDCS具有更高的空間精度。因此，HD-tDCS使腦刺激與相關行為變化的因果關系更具有說服力。


另外，電極的放置位置差異也有可能是影響因素，因此需要更多的研究探索陽極tDCS刺激pre-SMA對行為變化的影響。


? 參考文獻：

[1]Guo Z, Gong Y, Lu H, et al. Multitarget high-definition transcranial direct current stimulation improves response inhibition more than single-target high-definition transcranial direct current stimulation in healthy participants. Front Neurosci. 2022;16:905247.