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中国科学家研究证明:大脑接受电刺激效果因人而异

大脑累了怎么办?能不能像手机那样充电?这听起来像是异想天开,但认知神经科学却正在一本正经地探讨这个想法的可行性,给大脑“充电”的经颅电刺激技术正在研究界崭露头角。我国科学家经过研究证明,经颅电刺激通过外置电源和放置在头皮表面的电极,可以对人脑施加微弱的直流、交流或者随机强度的电刺激,最大电流强度通常在1~2毫安之间,单次刺激时间一般小于30分钟。

中国科学家研究证明:大脑接受电刺激效果因人而异

这项研究发表在2020年第4期的美国期刊《先进科学》杂志。该论文论证了刺激前评估的必要性,建立了一个易于使用的刺激前筛查流程,有助于推进经颅电刺激标准化流程的指定,预防经颅电刺激的滥用。该项工作由中科院合肥研究院健康与医学技术所李海、王宏志课题组和中国科学技术大学生命和医学学部张效初课题组合作完成。

“隔山打牛”实现电刺激效应

过去十几年间,经颅电刺激调节注意、记忆、语言和创造力的积极证据层出不穷,也有大量研究提示该技术对于神经及精神疾病症状的缓解作用。看起来,人们似乎很快就要考虑为大脑购买“电池”了。

“事情可没有那么简单。”该论文的第一作者、中国科学技术大学生命科学学院杨立状副研究员介绍说。经颅电刺激技术在发展之初有一些简单粗暴的假设。“比如,正极刺激会引起电极下皮层兴奋性的提高,提升相应的认知功能,而负极刺激会引起电极下皮层兴奋性的减弱,降低相应的认知功能。”早期的经颅电刺激研究通常聚焦运动皮层和运动功能,研究结果基本支持这个假设。然而,当人们运用经颅电刺激来研究高级皮层区域时,这个假设时而应验,时而反转。

“我们的早期研究就发现,改变电流方向根本不会影响电刺激效果。”杨立状说。

随着对大脑功能网络的研究,人们意识到认知功能依赖于神经网络的协同,而非局部的神经核团。因此,电刺激效应可能是通过“隔山打牛”的方式来实现的。“我们之前的研究就支持这一观点:电刺激降低成瘾患者渴求的效果主要源于前额叶和海马旁回之间的功能耦合被调节。”杨立状说,现在,领域内大多数研究者已经开始抛弃简单粗暴的皮层局部兴奋性改变假设,拥抱电刺激效应的网络机制假设。

效果因人而异

“更麻烦的事情是,电刺激效果似乎因人而异。”杨立状说。近年来,越来越多的研究发现经颅电刺激效应存在巨大的个体差异。如果刺激效应仅仅是两种:积极作用和没有作用,那么这项技术是安全的,没有效应的情况就权当安慰剂吧。“可是,如果刺激效应不仅仅包含积极作用、没有作用,还包含消极作用,甚至副作用,那么人们就该三思而后行了。”

然而,很多研究者并没有直面这一伦理问题。科学出版界对于阴性结果的排斥也导致学术文献中充斥着积极作用的证据,很多没有研究资质的公司和个人在制作、销售和宣传经颅电刺激。人们甚至可以在网上找到专门的网站,学习如何动手制作经颅电刺激设备。

基于神经影像的刺激前筛查十分必要

“我们认为刺激前筛查能够事先评估个体是否适合接受经颅电刺激,是经颅电刺激应用标准化的必要一环。”据杨立状介绍,为了证明这一设想的必要性和可行性,课题组研究了针对颞顶联合处的经颅电刺激效应。“这一部位位于颞叶、顶叶和枕页的交界处,与人的社会认知功能息息相关。”多项研究表明,利用无创神经调控技术刺激该处右侧能够增强社会认知功能,有望实现对神经及精神性疾病的物理治疗。

“我们招募了一组健康年轻成人参与了我们的研究,采用功能核磁共振影像计算他们的大脑功能偏侧化,即大脑在社会认知活动中左右侧颞顶联合处的激活不对称性,同时采集了参与人在左侧刺激、右侧刺激和虚假刺激三种条件下的社会认知功能任务成绩。”杨立状说,研究结果揭示了泾渭分明的两类人:认知增强者和认知妨碍者。对于认知增强者而言,电刺激是“蜜糖”,会让他们的任务成绩显著提高;而对于认知妨碍者而言,电刺激是“砒霜”,会降低他们的任务成绩。这个结果证明每个个体差异很大,大多数人不适合接受电刺激。

“采用统计学习方法,我们证明了偏侧化指标和社交恐惧程度对于刺激敏感性的独立预测作用。”杨立状说,被试者在社会认知任务中右脑优势越弱,社交恐惧程度越高,就越有可能在电刺激干预中获益。深入分析发现背内侧额叶和双侧颞顶联合处间的功能耦合能够解释偏侧化和刺激敏感性之间的关联。这再一次提示电刺激效应的网络机制。“目前,我们的团队正在进一步阐释颞顶联合处电刺激效应的神经网络机制。”

来源:光明日报

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