額葉區(qū)域的經(jīng)顱直流電刺激對抑制控制的影響*

周 晶 宣 賓

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額葉區(qū)域的經(jīng)顱直流電刺激對抑制控制的影響*

周 晶 宣 賓

(安徽師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院, 蕪湖 241000)

抑制控制是執(zhí)行功能的重要組成部分之一, 研究表明抑制控制與額葉區(qū)域的活動有關(guān)。經(jīng)顱直流電刺激(Transcranial Direct Current Stimulation, tDCS)是一種非侵入性的腦刺激技術(shù), 可以調(diào)節(jié)腦區(qū)的激活程度。研究表明tDCS刺激額葉的部分區(qū)域可以有效干預(yù)參與者的抑制控制水平, 而這一干預(yù)作用會受到刺激位置、刺激類型以及實驗任務(wù)等條件變化的影響。目前tDCS已應(yīng)用于不同人群的抑制控制研究, 并能與其他研究技術(shù)較好的結(jié)合。

抑制控制; 反應(yīng)抑制; tDCS; 額下回; 背外側(cè)前額葉; 前輔助運動區(qū)

1 引言

我們常常會經(jīng)歷這些情景：在嘈雜的街道上, 我們可以和朋友交談自如; 或是在察覺到危險的時候猛然剎住腳步。這些現(xiàn)象都與抑制控制密切相關(guān)。抑制控制是指個體根據(jù)行為目標, 對無關(guān)信息、優(yōu)勢反應(yīng)和不適當?shù)男袨檫M行抑制的過程, 是一種能夠減少或阻止神經(jīng)、心理或行為活動的機制(Aron, Robbins, & Poldrack, 2004; Logan, Schachar, & Tannock, 1997)。它是人類認知過程中最為重要的部分之一, 因此, 探究抑制控制的機制一直以來都是研究者們積極關(guān)注的問題。

大量研究表明抑制控制與大腦皮質(zhì)的額下回(inferior frontal gyrus, IFG)區(qū)域有關(guān)。一般認為, 反應(yīng)抑制和干擾控制等功能非常依賴于右側(cè)IFG的完整功能(Aron, Fletcher, Bullmore, Sahakian, & Robbins, 2003; Zhu, Zacks, & Slade, 2010)。對于腦損傷病人的研究也充分支持了IFG對抑制控制的重要作用。Roberts和Wallis (2000)在對腦損傷病人的研究中發(fā)現(xiàn)右側(cè)IFG的損傷導(dǎo)致了抑制控制能力的受損; Aron等(2003)在一項研究中對比了右側(cè)IFG損傷病人與健康參與者抑制控制任務(wù)的行為表現(xiàn), 也得到了同樣的結(jié)果。

但IFG在抑制控制的作用往往需要其他腦區(qū)的協(xié)同參與。白質(zhì)束成像(Tractography)研究發(fā)現(xiàn)pre-SMA與IFG存在白質(zhì)纖維束的連接, 一些研究也發(fā)現(xiàn)了抑制控制任務(wù)中IFG與前輔助運動區(qū)(pre-supplementary motor area, pre-SMA)的共同活動(Aron, Behrens, Smith, Frank, & Poldrack, 2007; Li et al., 2008)。Floden和Stuss (2006)首次發(fā)現(xiàn)額中上區(qū)尤其是pre-SMA的損傷會導(dǎo)致反應(yīng)抑制能力的受損。而另一項研究發(fā)現(xiàn)無論啟動刺激和靶刺激是否相關(guān), pre-SMA損傷患者均表現(xiàn)出加速反應(yīng), 這說明pre-SMA抑制了對環(huán)境刺激的自動反應(yīng)(Sumner et al., 2007)。

背外側(cè)前額葉(dorsolateral prefrontal cortex, dlPFC)也對抑制控制有著重要影響。研究者們通常認為dlPFC的功能在于選擇恰當?shù)姆磻?yīng)而抑制不恰當?shù)姆磻?yīng), 并且與腦干、基底神經(jīng)節(jié)等區(qū)域(即沖動系統(tǒng))協(xié)同控制沖動性行為(Bechara, 2005; Wood & Grafman, 2003)。而一些腦損傷研究顯示, dlPFC受損的患者在完成抑制控制任務(wù)時, 行為表現(xiàn)低于常人, 這也說明了dlPFC與抑制控制有關(guān)(Floden & Stuss, 2006; Shimamura, Jurica, Mangels, Gershberg, & Knight, 1995)。此外許多研究也證實了dlPFC在反應(yīng)抑制和自我控制方面的重要作用(Friese, Binder, Luechinger, Boesiger, & Rasch, 2013; Knoch, Pascual-Leone, Meyer, Treyer, & Fehr, 2006)。

圖1 額葉?基底神經(jīng)節(jié)模型(引自Aron, 2007)

神經(jīng)影像學(xué)研究表明成功的抑制控制與多個腦區(qū)的共同作用有關(guān), 包括了pre-SMA、rIFG、dlPFC、丘腦底核(STN)等區(qū)域, 并由此提出一個抑制控制的功能網(wǎng)絡(luò)模型, 即額葉?基底神經(jīng)節(jié)模型(Aron & Poldrack, 2006; Li, Huang, Constable, & Sinha, 2006; Li et al., 2008)。額葉?基底神經(jīng)節(jié)模型(fronto-basal ganglia model)是一個被普遍接受的抑制控制模型, 根據(jù)這一模型, 抑制控制過程包括進行過程(Go Process)和停止過程(Stopping Process)。進行過程由前運動皮質(zhì)(premotor cortex)產(chǎn)生, 激活紋狀體(Str)并抑制蒼白球(GPi), 解除丘腦的抑制并激活運動皮層; 停止過程是由IFG產(chǎn)生, 并導(dǎo)致STN的激活, 增加蒼白球的廣泛激活, 并抑制丘腦皮質(zhì)輸出, 從而減少運動皮層的激活(見圖1, Aron,2007; Aron, Durston, et al., 2007)。IFG、pre-SMA、dlPFC等區(qū)域在抑制控制網(wǎng)絡(luò)中都承擔了非常重要的功能(Aron & Poldrack, 2006; Chikazoe et al., 2009; Zandbelt, Bloemendaal, Hoogendam, & Vink, 2013)。由于這些腦區(qū)在抑制控制中的重要功能, 在腦刺激研究中, 這些區(qū)域往往被選取作為研究抑制控制的刺激靶點(見 圖2)。

2 抑制控制的tDCS研究

隨著技術(shù)的不斷進步, 研究者對抑制控制的研究更加直接和深入。其中利用經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)(Transcranial Direct Current Stimulation, tDCS)研究抑制控制的機制就是被廣泛應(yīng)用的方法之一。tDCS是一種非侵入性的腦刺激技術(shù), 由于tDCS技術(shù)可以直接刺激需要探查的腦區(qū), 對抑制控制神經(jīng)機制的研究變得更加直觀和精準。tDCS的非侵入性, 低成本, 易用性和對皮質(zhì)興奮性的強大影響等特征使得該技術(shù)在認知神經(jīng)科學(xué)和臨床中得到了廣泛的應(yīng)用和深入的研究(Priori, Hallett, & Rothwell, 2009)。其主要作用機制是通過使用弱直流電刺激目標神經(jīng)元, 對神經(jīng)元的膜電位進行閾下調(diào)節(jié), 由此誘發(fā)皮層興奮性和活性的改變(Woods et al., 2016)。這意味著研究者可以將tDCS技術(shù)以非侵入性的方式對受試者腦區(qū)興奮性產(chǎn)生臨時、可逆的變化, 從而能夠?qū)Υ竽X如何工作進行實驗調(diào)查(Zmigrod, Colzato, & Hommel, 2014)。神經(jīng)影像學(xué)研究可以提供抑制控制過程所需要的腦區(qū)及腦網(wǎng)絡(luò)的證據(jù), 但無法建立某個區(qū)域?qū)σ种瓶刂破鸬疥P(guān)鍵作用的因果聯(lián)系(Juan & Muggleton, 2012)。而tDCS可以探查某一區(qū)域是否是完成抑制控制任務(wù)所必須的關(guān)鍵區(qū)域。tDCS通過刺激大腦皮層的相應(yīng)區(qū)域, 增強或降低該腦區(qū)的皮層興奮性, 從而可以探測該腦區(qū)與額葉?基底神經(jīng)節(jié)模型的交互作用。比如使用陽極tDCS刺激右側(cè)IFG, 將會提高右側(cè)IFG的皮層興奮性, 并提高STN的激活水平, 從而興奮蒼白球, 并丘腦皮質(zhì)輸出得到抑制, 最終提高抑制控制的水平(Chambers, Garavan, & Bellgrove, 2009)。近10年來, 利用tDCS技術(shù)探索抑制控制神經(jīng)機制的研究逐漸增多, 提供了更多有因果關(guān)系的證據(jù)。

圖2 抑制控制相關(guān)的額葉刺激區(qū)

在實驗研究中, 探究抑制控制的tDCS研究主要使用Stop Signal任務(wù)(SST)和Go/No-Go任務(wù)(GNG)兩種實驗范式。在Stop Signal任務(wù)中, 參與者被要求在接收到停止信號后立即停止正在準備進行的反應(yīng), 其內(nèi)在的抑制過程是反應(yīng)性抑制(reactive inhibition), 即一種外部驅(qū)動的中止正在進行的反應(yīng)的抑制過程; 而在Go/No-Go任務(wù)中, 參與者被要求在特定的條件下不進行反應(yīng), 因此其抑制過程是主動性抑制(proactive inhibition), 即一種內(nèi)部驅(qū)動的避免做出某種反應(yīng)的抑制過程(Cunillera, Fuentemilla, Brignani, Cucurell, & Miniussi, 2014; 吳慧中, 王明怡, 2015)。

2.1 額下回區(qū)域的tDCS研究

在針對抑制控制的tDCS研究中, IFG, 特別是右側(cè)IFG, 是研究者們最關(guān)注的腦區(qū)之一。首先引起研究者關(guān)注的是IFG在抑制控制中的偏側(cè)性。神經(jīng)影像學(xué)的證據(jù)顯示, 參與者在成功完成抑制控制任務(wù)時, 其右側(cè)IFG激活水平提高(Rubia, Smith, Brammer, & Taylor, 2003; van Campen, Kunert, van den Wildenberg, & Ridderinkhof, 2018)。Aron, Behrens等人(2007)進一步發(fā)現(xiàn), 在抑制控制任務(wù)中反應(yīng)更快的個體右側(cè)IFG的激活水平更高。在tDCS研究中, 大量證據(jù)顯示陽極刺激右側(cè)IFG影響了參與者在Stop Signal任務(wù)中的行為表現(xiàn), 這說明右側(cè)IFG參與了反應(yīng)抑制過程, 但陰極刺激右側(cè)IFG對Stop Signal任務(wù)沒有影響。Jacobson, Javitt和Lavidor (2011)在一項研究中對參與者的右側(cè)IFG施加直流電刺激并要求參與者在刺激后完成Stop Signal任務(wù), 實驗結(jié)果顯示, 對右IFG施加陽極刺激會顯著降低停止信號反應(yīng)時(Stop Signal Response Time, SSRT)。而這一指標的降低意味著反應(yīng)抑制水平的上升(Li et al., 2008)。相對的, 對右IFG施加陰極刺激則未出現(xiàn)顯著的變化。之后的一些采用Stop Signal任務(wù)的研究也得到了一致的結(jié)果(Cai et al., 2016; Hogeveen et al., 2016; Nobusako et al., 2017; Stramaccia et al., 2015)。

雖然右側(cè)IFG在抑制控制中起到關(guān)鍵的作用, 但一些研究也提出左側(cè)IFG可能同樣影響抑制控制。Jacobson等人(2011)在研究中將陽極放置于右IFG并將陰極放置于左IFG, 雖然只發(fā)現(xiàn)了接近顯著的結(jié)果, 但一個有趣的發(fā)現(xiàn)是, 單陽極刺激右側(cè)IFG比陽極刺激右IFG、陰極刺激左IFG的雙極刺激表現(xiàn)更短的SSRT, 而單陰極刺激右IFG比陰極刺激右IFG、陽極刺激左IFG的雙極模式表現(xiàn)出更長的SSRT, 這可能說明在Stop Signal任務(wù)下, 對左側(cè)IFG的刺激也同樣影響了抑制控制。另一項研究使用優(yōu)勢抑制任務(wù)(Prepotent Inhibition task)研究了參與者的抑制控制能力(Leite et al., 2018)。在這項研究中, 參與者被要求根據(jù)前面的提示對屏幕上的箭頭做出反應(yīng)。當提示為綠色時, 用鼠標左鍵反應(yīng)左向箭頭、用右鍵反應(yīng)右向箭頭; 當提示為紅色時, 則用右鍵反應(yīng)左向箭頭、用左鍵反應(yīng)右向箭頭。結(jié)果顯示, 對右側(cè)IFG的陽極刺激提升了任務(wù)的正確率, 而陽極刺激右側(cè)IFG同時陰極刺激左側(cè)IFG的雙極刺激則沒有效應(yīng)。這一結(jié)果也支持了左側(cè)IFG影響抑制控制的觀點。更直接的證據(jù)來自于Nozari, Woodard和Thompson-Schill (2014)的研究。在該研究中, 參與者被要求在左側(cè)IFG接受陰極刺激時或刺激結(jié)束后完成字母Flanker任務(wù), 結(jié)果顯示參與者的正確率和反應(yīng)時均受到了不同程度的影響, 這證明了左側(cè)IFG在干擾抑制中的作用。

此外, 研究者發(fā)現(xiàn)刺激右側(cè)IFG在主動性抑制和反應(yīng)性抑制中的效應(yīng)存在差異。許多fMRI實驗顯示右側(cè)IFG在Stop試次比在Go試次產(chǎn)生更大的激活, 由此研究者們認為右側(cè)IFG主要涉及反應(yīng)性抑制控制而非主動性抑制控制(Cai et al., 2016)。tDCS研究也表明, 刺激右側(cè)IFG并不會影響Go/No-Go任務(wù)的行為表現(xiàn), 這可能說明了右側(cè)IFG與主動性抑制過程無關(guān)。Dambacher等人(2015)對IFG施加雙極刺激, 并讓參與者完成Go/No-Go任務(wù)。實驗中, 研究者將參與者分為三組, 一組參與者將將陽極放置于右IFG并將陰極放置于左IFG, 另一組參與者將陽極放置于左IFG并將陰極放置于右IFG, 而控制組的參與者接收虛偽刺激。實驗結(jié)果顯示, 兩種雙側(cè)刺激條件下的抑制控制水平與控制組相比均無顯著差異。此外Campanella等人(2017)的研究也重復(fù)了這一結(jié)果。

但一些研究卻得到了不同的結(jié)果。Cunillera等人(2014)將Stop-Signal任務(wù)與Go/No-Go任務(wù)結(jié)合在一起, 創(chuàng)造了新的GNG-SST任務(wù), 該任務(wù)可以同時觀察參與者的主動抑制和反應(yīng)抑制情況。結(jié)果顯示對右IFG的陽性刺激同時提高了參與者在Go/No-Go任務(wù)和Stop Signal任務(wù)中的行為表現(xiàn), 這樣的結(jié)果支持了右IFG同時參與了主動抑制和反應(yīng)性抑制兩種抑制控制的結(jié)論。同時該研究還提供了主動抑制與反應(yīng)性抑制兩種過程可以同時在腦中運作的證據(jù)。然而在此后的一項研究中, 卻未能完全重復(fù)這樣的結(jié)果(Cunillera, Brignani, Cucurell, Fuentemilla, & Miniussi, 2016)。該研究依據(jù)同樣的實驗設(shè)計, 其結(jié)果顯示, 對右IFG的陽性刺激提高了參與者在Go/No-Go任務(wù)中的行為表現(xiàn), 但對Stop Signal任務(wù)的行為表現(xiàn)沒有影響。這樣的差異可能是因為GNG-SST任務(wù)將Go/ No-Go任務(wù)與Stop Signal任務(wù)融合在一起, 不僅誘發(fā)了參與者的任務(wù)轉(zhuǎn)換過程, 也使得參與者對任務(wù)的反應(yīng)策略做出了調(diào)整。

認知訓(xùn)練與tDCS技術(shù)的結(jié)合也是研究者較為關(guān)心的問題。為了調(diào)查行為抑制訓(xùn)練與tDCS結(jié)合是否可以改善行為抑制能力, Ditye, Jacobson, Walsh和Lavidor (2012)調(diào)查了結(jié)合tDCS刺激的4天認知訓(xùn)練對右IFG對行為抑制的影響。結(jié)果表明, 訓(xùn)練有效地提高了抑制反應(yīng)的能力, 而訓(xùn)練與tDCS的結(jié)合產(chǎn)生了比只進行訓(xùn)練更大的效果。這一發(fā)現(xiàn)提供了將tDCS與認知訓(xùn)練相結(jié)合以改善抑制控制能力的可行性, 并對相關(guān)疾病的治療提供了新的理論支持。

一項以老年人群體為對象的研究探究了tDCS對老年人(年齡70.68±3.5)抑制控制能力的影響。實驗要求參與者在接受右側(cè)IFG的陽極直流電刺激之后完成Stop Signal任務(wù)和Go/No-Go任務(wù)。結(jié)果顯示陽極tDCS在兩種任務(wù)中都未能影響老年人的行為表現(xiàn)(Geusens & Swinnen, 2014)。這可能說明了老年人的抑制控制能力更難受到tDCS的調(diào)節(jié)。但這一結(jié)論缺少更直接的證據(jù)支持, 需要未來更多研究的進一步探索。

此外, 在對于IFG的tDCS研究中, 對兩側(cè)IFG的定位有著不同的解釋。其中最主要的兩組定位點, 根據(jù)國際10-20系統(tǒng)分別為“T3-Fz連接線與F7-Cz連接線的交點/T4-Fz連接線與F8-Cz連接線的交點”和“F7/F8”。從已有的研究來看, 對這兩組定位點的刺激都會影響到抑制控制水平, 而且目前尚沒有研究對這兩種定位方法做出對比。

2.2 前輔助運動區(qū)的tDCS研究

Pre-SMA是另一處與抑制控制密切相關(guān)的腦區(qū)。研究發(fā)現(xiàn), pre-SMA激活水平的增強與調(diào)整反應(yīng)策略以平衡任務(wù)沖突有關(guān)(Nachev, Wydell, O’Neill, Husain, & Kennard, 2007; Obeso et al., 2011)。tDCS的研究顯示, 向pre-SMA區(qū)域施加tDCS刺激會影響參與者的抑制控制。目前幾乎所有的刺激pre-SMA的抑制控制研究都采用了Stop Signal任務(wù), 并得到了較為一致的結(jié)果, 即使用陽極刺激pre-SMA能夠提升參與者的行為表現(xiàn)。

Hsu等人(2011)利用可以直接提升或抑制Pre-SMA激活水平的tDCS技術(shù)進行抑制控制任務(wù)的研究。結(jié)果顯示, 對Pre-SMA的陰極刺激降低了任務(wù)表現(xiàn), 這重復(fù)了此前TMS研究的結(jié)果, 而陽極刺激則觀察到了顯著的促進作用, 這意味著相關(guān)神經(jīng)元的活性受到了tDCS的調(diào)節(jié)。這些發(fā)現(xiàn)還表明, Pre-SMA在抑制不必要的反應(yīng)和促進任務(wù)所需的功能方面起著關(guān)鍵的作用。類似的結(jié)果出現(xiàn)在Kwon等人2013年的研究中。在這項研究中, 參與者被要求在tDCS刺激pre-SMA之前、刺激時和刺激后分別完成一組Stop Signal任務(wù)。結(jié)果表明相較于刺激前, 刺激時和刺激后完成Stop Signal任務(wù)顯著縮短了停止信號反應(yīng)時SSRT (Kwon & Kwon, 2013a)。這支持了pre-SMA在抑制控制中的重要作用, 同時也探究了tDCS刺激與任務(wù)的時間關(guān)系對刺激效應(yīng)的影響。Kwon等人同年的另一項研究同樣發(fā)現(xiàn)對Pre-SMA施加陽極tDCS刺激導(dǎo)致了停止進程耗時的顯著縮短。此項研究發(fā)現(xiàn), 對初級感覺運動皮層(primary sensorimotor cortex, M1)施加陽極刺激, 對個體的反應(yīng)抑制功能并沒有顯著的改變(Kwon & Kwon, 2013b)。

Liang等人(2014)的研究重復(fù)了上述結(jié)果, 并探測了tDCS對腦電信號的多尺度熵(multiscale entropy, MSE)的影響。MSE是一種測量腦電信號復(fù)雜程度的指標, MSE越大意味著腦電信號越復(fù)雜、信息越豐富(Peng, Costa, & Goldberger, 2009)。對Pre-SMA的陽極tDCS提升了Go試次的行為水平同時也提升了額葉區(qū)域的MSE, 而對Stop試次的MSE無影響。這可能意味著額葉區(qū)域中更多信息豐富的腦活動是導(dǎo)致抑制控制中更好表現(xiàn)的因素之一。研究結(jié)果支持了Pre-SMA在抑制控制中的關(guān)鍵性作用。一項結(jié)合tDCS和fMRI技術(shù)的研究顯示, 對pre-SMA施加陽極刺激在縮短了SSRT的同時, 導(dǎo)致了pre-SMA與腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層(vmPFC)血氧水平的顯著增加, 這說明tDCS增強了pre-SMA和vmPFC的功能連接。

2.3 背外側(cè)前額葉的tDCS研究

dlPFC也是研究者們關(guān)心的腦區(qū)之一。fMRI研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)dlPFC在任務(wù)轉(zhuǎn)換版本的Stroop任務(wù)中, 會在與抑制相關(guān)的任務(wù)產(chǎn)生更高水平的激活(MacDonald, Cohen, Stenger, & Carter, 2000); 而右側(cè)dlPFC在No-Go試次中較Go試次有更顯著的激活, 說明dlPFC對反應(yīng)抑制有十分重要的作用(Asahi, Okamoto, Okada, Yamawaki, & Yokota, 2004)。Bush和Shin (2006)發(fā)現(xiàn)在抑制控制任務(wù)中, 95%的參與者會產(chǎn)生dlPFC的激活。

在tDCS研究中, 偏側(cè)化問題一直受到研究者們的關(guān)注。許多研究選取左側(cè)dlPFC作為tDCS的刺激點來研究抑制控制。研究表明向左側(cè)dlPFC施加單極tDCS刺激會顯著影響Go/No-Go任務(wù)的行為表現(xiàn)。Soltaninejad, Nejati和Ekhtiari (2015)研究了向左dlPFC施加tDCS對ADHD成年患者抑制控制的影響。該研究的結(jié)果顯示, 與虛偽刺激條件相比, 對左dlPFC施加陽極刺激導(dǎo)致Go/ No-Go任務(wù)中Go試次的正確率顯著提高, 而對左dlPFC施加陰極刺激導(dǎo)致No-Go試次的正確率顯著提高。這說明對左dlPFC的單極刺激均對抑制控制產(chǎn)生了影響。Nieratschker, Kiefer, Giel, Krüger和Plewnia (2015)使用Go/No-Go任務(wù)的變式, 也發(fā)現(xiàn)了對左側(cè)dlPFC施加陰極刺激會損傷抑制控制能力。另一項研究中, 參與者被要求完成一項Flanker與Go/No-Go任務(wù)相結(jié)合的任務(wù), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)對參與者的左dlPFC施加陽極刺激提升了在該任務(wù)中的行為表現(xiàn)。此外, 該研究還比較了1 mA、1.5 mA、2 mA三種不同電流強度對抑制控制的影響, 結(jié)果表明不同強度的tDCS產(chǎn)生了相似的結(jié)果, 不存在顯著差異(Karuza et al., 2016)。

但另一些研究顯示用雙極tDCS刺激兩側(cè)dlPFC則不會影響Go/No-Go任務(wù)的行為表現(xiàn)。Lapenta, Sierve, de Macedo, Fregni和Boggio (2014)在一項研究中對參與者的dlPFC施加雙極tDCS刺激, 即對右dlPFC施加陽極刺激并對左dlPFC施加陰極刺激, 并要求參與者在刺激結(jié)束后完成Go/No-Go任務(wù)。行為學(xué)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)刺激組的行為表現(xiàn)與偽刺激組并沒有顯著差異。Cosmo等人(2015)針對ADHD患者進行了雙極tDCS刺激dlPFC的研究, 結(jié)果同樣顯示刺激組與偽刺激組在Go/No-Go任務(wù)的行為成績上沒有差異。這樣重復(fù)的結(jié)果可能說明了右側(cè)dlPFC同樣對抑制控制產(chǎn)生影響。這一猜想也得到Beeli等人研究的支持。這項研究中, 參與者在右側(cè)dlPFC接受了tDCS刺激之后完成Go/No-Go任務(wù), 而接收陰極刺激的參與者顯示出虛假預(yù)警率的顯著升高, 這說明對于右側(cè)dlPFC的陰極刺激也能夠損傷抑制控制(Beeli, Casutt, Baumgartner, & J?ncke, 2008)。

除此之外, tDCS的研究結(jié)果顯示了dlPFC在主動抑制和反應(yīng)抑制中的差異。刺激dlPFC在Go/No-Go任務(wù)中表現(xiàn)出的顯著效應(yīng)說明了dlPFC在主動抑制過程中的重要作用, 但同樣位置的刺激并不會影響Stop Signal任務(wù)的表現(xiàn)。Stramaccia等人(2015)對比了右側(cè)IFG和右側(cè)dlPFC在分別接收tDCS刺激之后參與者在Stop Signal任務(wù)中的表現(xiàn), 發(fā)現(xiàn)對右側(cè)IFG的陽極刺激顯著降低了SSRT, 對右側(cè)dlPFC的刺激沒有產(chǎn)生行為水平的顯著效應(yīng)。這支持了右側(cè)IFG參與反應(yīng)抑制的結(jié)論, 同時可能說明了dlPFC并不參與反應(yīng)抑制過程。綜上所述我們發(fā)現(xiàn), IFG可能對反應(yīng)抑制起到關(guān)鍵性的作用卻不涉及主動抑制, 相反, dlPFC則可能涉及主動抑制而與反應(yīng)抑制無關(guān)。此外, 在其他涉及抑制控制的任務(wù)中(如Stroop任務(wù)、多源干擾任務(wù)MSIT等), 使用tDCS刺激dlPFC也對參與者的行為表現(xiàn)造成了影響(Brunyé, Cantelon, Holmes, Taylor, & Mahoney, 2014; Loftus, Yalcin, Baughman, Vanman, & Hagger, 2015; Oldrati, Patricelli, Colombo, & Antonietti, 2016)。

3 額葉區(qū)域tDCS對神經(jīng)疾病患者抑制控制的影響

3.1 tDCS影響ADHD患者的抑制控制

許多神經(jīng)疾病往往會表現(xiàn)出抑制控制的受損, 如注意力缺陷多動障礙(attention deficit hyperactivitydisorder, ADHD)、抑郁癥(Major depressive disorder, MDD)、抽動穢語綜合征(Tourette syndrome, TS)、自閉譜系障礙(autism spectrum disorder, ASD)等(Agam, Joseph, Barton, & Manoach, 2010; Ganos et al., 2014; Kalu, Sexton, Loo, & Ebmeier, 2012; Palm et al., 2016; Yasumura et al., 2014)。研究表明, 抑制控制的損傷是ADHD患者最常見的執(zhí)行功能受損之一(Barkley, 1997; Shimoni, Engel-Yeger, & Tirosh, 2012)。ADHD是一種兒童期發(fā)作的神經(jīng)性疾病, 其特征是注意力水平低下, 沖動性高和多動傾向。神經(jīng)影像學(xué)研究顯示, ADHD患者的大腦前額葉區(qū)域活性降低, 這可能說明了其抑制控制能力受到損傷(Cubillo et al., 2014)。在許多ADHD兒童的研究中都觀察到抑制缺陷(Barkley, 1997; Yasumura et al., 2014), 并且這種癥狀可能會持續(xù)到成年期(Mannuzza, Klein, & Moulton, 2003)。一項研究發(fā)現(xiàn), ADHD患者在Stroop任務(wù)中較健康參與者有更明顯的顏色干擾效應(yīng)(Yasumura et al., 2014)。此外, 與健康對照組相比, ADHD患者組在Flanker任務(wù)中顯示更高的錯誤率和更慢的反應(yīng)時間(Mullane, Corkum, Klein, & Mclaughlin, 2009)。

利用tDCS技術(shù)研究ADHD患者的抑制控制功能能夠進一步探究ADHD的病理機制, 也為ADHD的干預(yù)和治療提供一些可能的方案(Vicario & Nitsche, 2013)。Breitling等人(2016)的一項研究證明了tDCS刺激右側(cè)IFG會影響ADHD患者的抑制控制能力。研究中, 患有ADHD的青少年參與者和健康的青少年參與者分別接受了tDCS的陽極、陰極和偽刺激, 并完成Flanker任務(wù)。結(jié)果顯示接收陽極刺激的ADHD患者相比于接收偽刺激的患者組有顯著更低的錯誤率和反應(yīng)時。此外, 陽極ADHD組在任務(wù)中的行為表現(xiàn)與健康對照組無差異, 而假性ADHD組的表現(xiàn)則比健康對照組更差。這說明了陽極tDCS刺激右IFG顯著提升了ADHD患者的干擾抑制水平。

tDCS刺激左側(cè)dlPFC也會對ADHD患者的抑制控制調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響。一項研究中, 患有ADHD的高中生被要求在左側(cè)dlPFC接受tDCS刺激之后完成Go/No-Go任務(wù), 結(jié)果顯示對于左側(cè)dlPFC的陽極刺激在Go/No-Go任務(wù)的“Go階段”中提高了正確率; 而在左側(cè)dlPFC上的陰極刺激則增加了Go/No-Go任務(wù)的“No-Go階段”正確抑制的比例。這一結(jié)果說明了刺激ADHD患者的左側(cè)dlPFC對其抑制控制的影響(Soltaninejad et al., 2015)。而Nejati, Salehinejad, Nitsche, Najian和Javadi (2017)的另一項研究使用tDCS刺激ADHD兒童的左dlPFC, 發(fā)現(xiàn)陽極刺激顯著影響了ADHD兒童的Stroop任務(wù)表現(xiàn), 說明其干擾抑制受到調(diào)節(jié); 而陰極刺激則影響了Go/No-Go任務(wù)的表現(xiàn), 說明反應(yīng)抑制能力受到tDCS的影響。Bandeira等人(2016)的研究中, 參與者包括9名患有ADHD的兒童。患者需要完成5次tDCS并在期間進行卡牌匹配訓(xùn)練。每次tDCS時長5分鐘, 陽極放置于左側(cè)DLPFC陽極, 陰極放置于右眶上。患者分別在刺激前后完成抑制控制任務(wù), 結(jié)果顯示出tDCS刺激后選擇性注意力的提高和抑制控制任務(wù)中錯誤的減少。

一些使用tDCS對ADHD患者進行腦刺激的研究并沒有得出有效的結(jié)果(Cosmo et al., 2015; Soltaninejad et al., 2015)。目前針對ADHD患者的tDCS研究依然很少, tDCS對ADHD患者的抑制控制是否存在穩(wěn)定的影響需要未來更多的高質(zhì)量研究來探索。

3.2 tDCS在其他神經(jīng)疾病的應(yīng)用

tDCS技術(shù)在MDD、TS和ASD等其他神經(jīng)疾病的研究領(lǐng)域也得到了應(yīng)用。由于tDCS相較于其他非侵入性腦刺激技術(shù)的便捷性、普適性和安全性等特點, 其對各類神經(jīng)疾病的治療作用收到了廣泛的關(guān)注。

抑郁癥被認為與抑制控制的紊亂有關(guān)(Langenecker et al., 2005)。許多研究顯示抑郁癥患者相比于健康被試在任務(wù)中顯示出抑制控制損傷(Langenecker et al., 2007; B. W. Zhang, Xu, & Chang, 2016)。抑郁癥作為異質(zhì)性的病癥, 其不同亞型對抑制控制的影響也存在很大差異(Mayberg, 2007; Quinn, Harris, & Kemp, 2012)。目前應(yīng)用于抑郁癥治療的結(jié)果表明, tDCS可以通過陽極刺激增強左側(cè)DLPFC的神經(jīng)激活或通過陰極刺激降低右側(cè)DLPFC的神經(jīng)活動以改善抑郁癥狀(Brunoni, Ferrucci, Fregni, Boggio, & Priori, 2012)。元分析顯示, tDCS在治療抑郁癥方面能夠產(chǎn)生有效的且具有臨床意義的作用(Brunoni et al., 2016; Kalu et al., 2012)。

TS是兒童時期常見的神經(jīng)障礙之一。元分析顯示, TS作為一種涉及運動和語音抽動的神經(jīng)精神障礙, 其患者抑制控制缺陷的發(fā)生率要高于健康人群, 而TS與ADHD的共病患者則比單純的TS患者更難完成抑制控制(Morand-Beaulieu et al., 2017)。研究表明TS對抑制控制的影響存在任務(wù) 間的差異, 如在SST任務(wù)中, 有研究顯示TS患者與健康對照組表現(xiàn)不存在差異(Ganos et al., 2014)。Eapen等人(2017)的研究報告了tDCS對TS患者抑制控制的影響及治療作用。研究中, 兩名成年男性TS患者接受了6周tDCS治療和3周tDCS偽刺激并通過Go/No-Go任務(wù)對抑制控制能力進行檢驗。治療階段, 每周三次對患者SMA前部區(qū)域施加20分鐘tDCS陰極刺激。3周治療和6周治療后兩名患者No-Go階段錯誤率均較治療前顯著下降, 但在繼續(xù)接受3周偽刺激后錯誤率回升到了治療前的水平。

ASD是一種從兒童時期開始的神經(jīng)發(fā)育障礙, 其特征包括社會交往和行為領(lǐng)域的障礙(Muszkat, Polanczyk, Dias, & Brunoni, 2016)。一些研究關(guān)注了ASD患者是否存在抑制控制方面的缺陷。研究發(fā)現(xiàn), 在反向眼跳任務(wù)等一些抑制控制任務(wù)中ASD患者的ACC、PFC及后頂葉區(qū)域的喚醒水平和功能性連接水平低于控制組(Agam et al., 2010; Thakkar et al., 2008)。研究顯示, 不同任務(wù)中ASD患者并不能穩(wěn)定的表現(xiàn)出抑制控制的損傷, 表明這種缺陷可能存在任務(wù)間的差異(Christ, Holt, White, & Green, 2007; Padmanabhan et al., 2015; Schmitt, White, Cook, Sweeney, & Mosconi, 2018)。tDCS對ASD患者有較穩(wěn)定的治療作用。為了提高患兒的語言習(xí)得能力, Schneider和Hopp (2011)對ASD兒童進行了一項tDCS研究。在這項研究中, 研究者選擇了年齡范圍16~21歲的10位ASD患者。陽極tDCS刺激布洛卡區(qū)后, 平均詞匯得分顯著高于刺激前得分。此外一些研究發(fā)現(xiàn), 通過在左側(cè)dlPFC施加陽極刺激可以顯著改善ASD患兒的癥狀(Amatachaya et al., 2014; Amatachaya et al., 2015; Costanzo et al., 2015; Hameed et al., 2017)。

這些研究顯示了tDCS對神經(jīng)疾病的治療效果。但由于研究數(shù)量較少, tDCS的治療效果受刺激靶點、任務(wù)類型和疾病類型等因素的影響, 因此尚不能得出穩(wěn)定的結(jié)論。此外, 雖然MDD、TS和ASD等神經(jīng)疾病均被發(fā)現(xiàn)伴隨著不同程度的抑制控制損傷, 但目前的研究主要關(guān)注tDCS對于這些疾病的治療效果, 尚無使用tDCS對上述疾病患者抑制控制進行調(diào)節(jié)的研究。未來可以利用tDCS技術(shù)對神經(jīng)疾病與抑制控制損傷的深層次的關(guān)系進行更深入的探究。

4 tDCS與其他技術(shù)的結(jié)合在抑制控制領(lǐng)域的應(yīng)用

tDCS與其他技術(shù)的整合為研究不同認知領(lǐng)域的神經(jīng)機制提供了許多新的途徑。比如tDCS所誘發(fā)的大腦皮層的生理性變化可以通過功能性近紅外光譜技術(shù)(functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS)、功能性磁共振成像技術(shù)(functional magnetic resonance imaging, fMRI)、腦電技術(shù)(Electroencephalogram, EEG)等進行監(jiān)測(Nitsche & Paulus, 2011); 此外, fMRI與tDCS技術(shù)的結(jié)合可以為tDCS刺激提供精確的定位, 也可以探索tDCS對特定腦區(qū)血氧水平的調(diào)節(jié)(Woods et al., 2014)。

4.1 tDCS-EEG技術(shù)的結(jié)合在抑制控制領(lǐng)域的應(yīng)用

在抑制控制的研究方面, 一些研究將EEG技術(shù)與tDCS技術(shù)結(jié)合在一起。將EEG與tDCS相結(jié)合的明顯作用在于, EEG能夠測量大腦皮層的腦電活性水平, 直接反映神經(jīng)元的電子狀態(tài)。此外, 腦電圖優(yōu)異的時間分辨率提供了識別特定腦區(qū)對tDCS的反應(yīng)以及它們在整個刺激過程中電位的變化, 闡明了隨時間變化的一個區(qū)域內(nèi)或跨網(wǎng)絡(luò)的處理過程(Miniussi, Brignani, & Pellicciari, 2012; Woods et al., 2016)。

此前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些ERP成分與抑制控制有關(guān)。在Go/No-Go任務(wù)中, 前額區(qū)域的N2成分和P3成分在NoGo條件下的波幅顯著大于Go條件的波幅(Falkenstein, Hoormann, & Hohnsbein, 2002)。在早期的研究中, No-Go條件下的N2成分被認為與反應(yīng)抑制有關(guān), 但在近年的研究中, N2的功能被重新定位, 被認為是認知控制和沖突監(jiān)測的指示(Donkers & van Boxtel, 2004; Huster, Enriquez-Geppert, Lavallee, Falkenstein, & Herrmann, 2013; Zhang & Lu, 2012)。No-Go條件的P3成分, 通常稱為抑制性P3, 在近年的研究中通常被認為指示了運動和認知的抑制功能(Smith, Jamadar, Provost, & Michie, 2013; Smith, Johnstone, & Barry, 2008)。有研究顯示, No-Go條件下, 成功抑制的試次比抑制失敗的試次顯示出更高的P3波幅(Dimoska, Johnstone, Barry, & Clarke, 2003; Greenhouse & Wessel, 2013; Wessel & Aron, 2015)。在tDCS研究中, 研究者往往關(guān)注的是N2或P3成分在No-Go條件與Go條件下的差異波受tDCS的影響。差異波的計算方法為NoGo條件的振幅與Go條件下振幅之差, N2和P3的差異波分別記作N2d和P3d (Campanella et al., 2017)。

Cunillera等人(2016)的研究中, 研究者結(jié)合了Stop Signal任務(wù)和Go/No-Go任務(wù)以探究IFG在反應(yīng)抑制中的作用, 同時將tDCS應(yīng)用于右側(cè)IFG并記錄EEG圖像。研究發(fā)現(xiàn)對IFG的tDCS刺激影響了主動抑制, 而在主動抑制和反應(yīng)抑制兩種條件下, tDCS均對抑制性P3產(chǎn)生了相似的調(diào)節(jié)作用。另一項研究中也得到了一致的結(jié)果。參與者在tDCS刺激右側(cè)IFG前后分別完成一次Go/ No-Go任務(wù)并記錄EEG, 結(jié)果顯示在tDCS刺激之后的Go/No-Go任務(wù)中, P3d的波幅顯著低于tDCS之前, 并且這種效應(yīng)是特定存在于接受tDCS刺激的參與者中(Campanella et al., 2017)。這一結(jié)果說明對IFG的tDCS刺激是通過減少正確反應(yīng)抑制所需要的神經(jīng)活性來增強反應(yīng)抑制水平的。

EEG的頻域分析也是值得關(guān)注的問題之一。有證據(jù)顯示θ波與行為抑制有關(guān), 一項研究發(fā)現(xiàn)抑制反應(yīng)的高比例導(dǎo)致了θ波段的低功率(Lansbergen, Schutter, & Kenemans, 2007)。在Jacobson, Ezra, Berger和Lavidor (2012)的一項研究中, 參與者在接受對右側(cè)IFG的15分鐘陽極tDCS刺激后記錄了15分鐘靜息態(tài)EEG, 結(jié)果顯示在參與者的右側(cè)IFG區(qū)域觀察到了θ波功率的顯著降低。這說明了tDCS刺激在非任務(wù)條件下對抑制控制產(chǎn)生影響并可以通過EEG的分析觀測到。

4.2 tDCS-fMRI技術(shù)的結(jié)合

研究表明, tDCS能夠在刺激期間及刺激后普遍的在腦網(wǎng)絡(luò)中導(dǎo)致功能性連接的變化(Pe?a- Gómez et al., 2012; Sehm et al., 2012), 然而到目前為止, 人們對于大規(guī)模腦網(wǎng)絡(luò)的tDCS作用的神經(jīng)基礎(chǔ)仍知之甚少。這個問題可以通過將tDCS與功能性腦成像技術(shù)相結(jié)合來解決。作為最廣泛使用于調(diào)查認知和運動功能神經(jīng)機制的腦成像技術(shù), fMRI與tDCS技術(shù)的結(jié)合可以為調(diào)查tDCS效應(yīng)的神經(jīng)機制提供更高的大腦空間分辨率。tDCS與fMRI的結(jié)合可用于在全腦水平分析tDCS效應(yīng)的神經(jīng)機制(Sehm, Kipping, Sch?fer, Villringer, & Ragert, 2013)。刺激期間和刺激后的fMRI可以提供區(qū)域性腦激活的信息, 并可以與行為結(jié)果相關(guān)聯(lián)。而在靜息態(tài)fMRI期間施加tDCS刺激則可以識別全腦功能性連接的變化(Meinzer et al., 2014)。

tDCS-fMRI結(jié)合技術(shù)目前在抑制控制的研究中已有應(yīng)用。Yu, Tseng, Hung, Wu和Juan (2015)的一項研究通過結(jié)合陽極tDCS和fMRI探究了pre-SMA在反應(yīng)抑制中的作用。這項研究顯示, 陽極tDCS刺激pre-SMA顯著改善了參與者的停止速度; fMRI成像顯示pre-SMA區(qū)域在刺激后的停止過程中有更高的激活水平, 而通常不參與反應(yīng)抑制過程的腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層(ventromedial prefrontal cortex, vmPFC)在刺激后的有效停止中表現(xiàn)出更高的血氧水平, 且pre-SMA與vmPFC之間的功能性連接增強。這些結(jié)果說明刺激pre-SMA導(dǎo)致的暫時性行為水平改善可能與pre-SMA與vmPFC的功能性連接增強有關(guān)。

然而tDCS-fMRI結(jié)合技術(shù)目前仍存在不足之處。Antal等人(2014)的研究顯示, tDCS刺激會干擾同步fMRI的回波平面成像(echo-planar imaging, EPI), 因此tDCS的fMRI實驗必須考慮到這種潛在的電流混淆干擾。如何對fMRI成像中的電流干擾偽跡進行校正, 是一個尚未得到解決的問題。

4.3 tDCS-fNIRS技術(shù)的結(jié)合

tDCS如何造成皮層活性的變化并非一個直觀的過程。皮層活性變化的一個可能的觀測指標是隨后的血液區(qū)域流動(regional cerebral blood ?ow, rCBF)及代謝作用的變化, 這些變化可以使用fNIRS進行有效監(jiān)測, 它可以提供皮質(zhì)組織區(qū)域血液氧合狀態(tài)的無創(chuàng)和便攜的測量(Merzagora et al., 2010)。也就是說, 通過對rCBF的觀測, 可以對tDCS的刺激后效進行測量。fNIRS是一種非侵入性, 可重復(fù)的方法, 可以對組織中血紅蛋白的氧化狀態(tài)進行區(qū)域評估(Paulus, 2004)。fNIRS通過觀察近紅外光的吸收來測量大腦中氧合血紅蛋白(HbO2)和脫氧血紅蛋白(HHb)的濃度。由于HbO2和HHb在可見光和近紅外波長范圍內(nèi)具有不同的吸收光譜, 所以可以使用光譜技術(shù)來提供血液氧合指數(shù)以及氧氣輸送;因此, 通過近紅外光譜測量的HbO2和HHb濃度的變化可被認為是rCBF變化的良好指標(Herrmann et al., 2017)。 fNIRS與fMRI技術(shù)一樣, 可以檢測血氧水平的變化。然而, tDCS的電流流動會在同時fMRI成像中產(chǎn)生混淆(Antal et al., 2014)。而作為光學(xué)成像技術(shù), fNIRS是一種獨立于電刺激的神經(jīng)成像工具, 因此提供了一種更準確的技術(shù)支持(McKendrick, Parasuraman, & Ayaz, 2015)。

一些證據(jù)顯示了fNIRS與tDCS相結(jié)合的可行性。Merzagora等人(2010)在研究中使用fNIRS的前額葉傳感器測量刺激前后tDCS的前額葉皮層效應(yīng)。結(jié)果表明, fNIRS成功捕獲了tDCS刺激引起的激活變化, 弱陽極tDCS在局部腦組織中產(chǎn)生局部HbO2濃度的增加。同時該研究發(fā)現(xiàn), 更長的刺激時間會對血液動力學(xué)響應(yīng)產(chǎn)生更長的影響。Jones, Gozenman和Berryhill (2015)使用fNIRS技術(shù)測量工作記憶容量不同的參與者接受tDCS的差異, 結(jié)果顯示工作記憶容量高的參與者在tDCS之后的任務(wù)中表現(xiàn)出很小的變化, 而低工作記憶容量的參與者顯示tDCS后氧合血紅蛋白水平顯著增加。雖然目前在抑制控制的研究領(lǐng)域尚無此類研究, 但這些研究結(jié)果證實了將fNIRS與tDCS相結(jié)合的技術(shù)應(yīng)用于認知領(lǐng)域的可行性, 并在未來可以應(yīng)用到對抑制控制的研究中, 以深入了解其潛在的神經(jīng)變化。

5 總結(jié)與展望

近10年來tDCS技術(shù)在認知領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。已有的研究通過使用tDCS刺激參與者的IFG、dlPFC和pre-SMA等區(qū)域, 探究了這些區(qū)域在抑制控制過程中所起到的作用。研究發(fā)現(xiàn), tDCS對右側(cè)IFG區(qū)域興奮性的調(diào)節(jié)會影響Stop Signal任務(wù)中的行為表現(xiàn)而不會影響Go/No-Go任務(wù)的行為表現(xiàn), 這說明右側(cè)IFG在Stop Signal任務(wù)所引起的反應(yīng)抑制過程中起到非常重要的作用。而使用tDCS調(diào)節(jié)左側(cè)dlPFC的活性會影響Go/No-Go任務(wù)的表現(xiàn)但對Stop Signal任務(wù)沒有影響, 顯示了左側(cè)dlPFC在主動抑制過程中的關(guān)鍵作用。一些研究發(fā)現(xiàn)tDCS對pre-SMA的調(diào)節(jié)可以穩(wěn)定的影響Stop Signal任務(wù)中反應(yīng)抑制的表現(xiàn), 但尚沒有研究證明pre-SMA對主動抑制的影響。這一結(jié)論為“額葉?基底神經(jīng)節(jié)模型”理論提供了腦刺激研究的證據(jù)。有研究通過實驗間接證 明了左側(cè)IFG和右側(cè)dlPFC也對抑制控制產(chǎn)生作用, 但這一結(jié)論需要未來研究中更多直接證據(jù)的支持。

tDCS技術(shù)由于其可以調(diào)節(jié)大腦皮層活性的特點, 可以讓特定的腦區(qū)暫時性失活, 這對于神經(jīng)性疾病發(fā)病機制的研究有著極其重要的作用。在針對ADHD患者的研究中, 使用tDCS對患者的右側(cè)IFG和左側(cè)dlPFC進行調(diào)節(jié), 均觀察到了抑制控制能力的提升。利用tDCS技術(shù)研究抑制控制的腦神經(jīng)機制在近10年十分活躍, 已經(jīng)產(chǎn)生了大量有意義的研究成果, 但在這一領(lǐng)域仍有許多值得探究的研究方向。

5.1 tDCS刺激區(qū)域的精細化

隨著技術(shù)的不斷革新, tDCS的研究將不可避免的產(chǎn)生高精度和高清晰的趨勢。高精度的刺激有助與對腦區(qū)進行更精細化的功能定位, 如dlPFC區(qū)域包括了布羅德曼區(qū)(Brodmann's area, BA)的9區(qū)和46區(qū), 目前的研究通常只探究了dlPFC在抑制控制中的作用, 而更高精度的刺激使我們有可能探究BA9區(qū)和BA46區(qū)在抑制控制中分別扮演的角色(Bari & Robbins, 2013)。為了改善tDCS的空間聚焦水平, 研究人員開發(fā)了高清晰度的tDCS (HD-tDCS)系統(tǒng)。高清tDCS的電極通常通過一個4-1組合的電極組進行刺激, 包括一個放置在目標區(qū)域的刺激電極和四個圍繞在刺激電極周圍的返回電極。每個返回電極接收25%的回流電流(郭恒, 何莉, 周仁來, 2016)。已有的研究表明, HD- tDCS的聚焦能力遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)tDCS。而在對行為表現(xiàn)的影響力方面, Hogeveen等人(2016)的研究也充分證明了HD-tDCS與常規(guī)tDCS具有同樣的效力。由于HD-tDCS相對與常規(guī)tDCS的高空間分辨率, 未來這項技術(shù)可能會被廣泛地運用于對神經(jīng)機制更精細化的探索。

5.2 刺激模式對抑制控制的不同成分的影響

綜合上述研究, 我們不難發(fā)現(xiàn), 在眾多運用tDCS技術(shù)探索抑制控制的神經(jīng)機制的研究中, 由于不同的任務(wù)和不同的刺激位置等因素, 得到的結(jié)果往往有所差別。因此在未來的研究中, 探索這些差異的統(tǒng)一理論框架將是非常有價值的工作。在以往的研究中, 通常的假設(shè)是tDCS的陽極刺激能夠促進腦區(qū)的激活, 而陰極刺激抑制腦區(qū)的激活。但在抑制控制的研究中, 大多數(shù)情況并非如此。當tDCS刺激IFG時, 陽極刺激會導(dǎo)致Stop Signal任務(wù)的行為表現(xiàn)上升, 而陰極刺激對此沒有影響(Cai et al., 2016; Castro-Meneses, Johnson, & Sowman, 2016; Ditye et al., 2012; Hogeveen et al., 2016; Jacobson et al., 2011; Stramaccia et al., 2015)。而同樣刺激IFG, 當參與者完成Go/No-Go任務(wù)時, 則不會產(chǎn)生任何行為表現(xiàn)的變化(Campanella et al., 2017; Dambacher et al., 2015; Geusens & Swinnen, 2014)。不同的實驗任務(wù)對抑制控制過程的誘發(fā)存在什么樣的差異, 以及陰極tDCS刺激在對抑制控制的調(diào)節(jié)中扮演什么樣的角色, 這些都是尚不明確, 并且也是在今后的研究中值得深入探討的問題。

5.3 針對神經(jīng)性病癥患者的研究

研究顯示, ADHD、帕金森癥(Parkinson's disease, PD)、阿爾茲海默癥(Alazheimer's disease, AD)等神經(jīng)性疾病患者都存在認知功能的損傷。tDCS作為一種非侵入性腦刺激技術(shù), 已經(jīng)被證實在不同的精神和神經(jīng)疾病中誘發(fā)了癥狀的改善(Breitling et al., 2016)。一些研究認為, tDCS可能成為一種治療神經(jīng)疾病的非藥物的方法。除了治療功能之外, 由于tDCS可以針對特定腦區(qū)進行暫時性激活或失活, 其對許多神經(jīng)病癥病理機制的研究也起到了重要的作用。目前已有研究發(fā)現(xiàn)了tDCS刺激IFG、dlPFC等區(qū)域?qū)DHD患者抑制控制的調(diào)節(jié)作用, 這些腦區(qū)的刺激對其他病癥是否有改善作用, 這種作用是否是持續(xù)性的, 仍有待進一步探索。

5.4 tDCS對不同年齡段人群抑制控制的影響

認知能力是一種隨年齡變化的能力。抑制控制也是如此, 其與年齡之間的關(guān)系被發(fā)現(xiàn)是一種U形曲線(van de Laar, van den Wildenberg, van Boxtel, Huizenga, & van der Molen, 2012)。這意味著抑制不恰當反應(yīng)的速度從童年到成年逐漸提高, 之后隨著年齡的增長逐漸減少。發(fā)展性研究發(fā)現(xiàn), 抑制控制能力在12歲以后仍在繼續(xù)發(fā)展, 并在成年后達到頂峰。而在老年人中, 任務(wù)執(zhí)行過程中抑制過程被延緩(van de Laar et al., 2012)。與成年人相比, 兒童的抑制表現(xiàn)更為多變。另外, 老年人在任務(wù)中的反應(yīng)時比年輕人慢, 變化也更極端(Mcauley, Yap, Christ, & White, 2006; 彭蘇浩, 湯倩, 宣賓, 2014)。目前, 應(yīng)用tDCS技術(shù)研究抑制控制主要針對年輕成年人群體, 較少有針對兒童和老年人的相關(guān)研究。tDCS對兒童的抑制控制發(fā)展是否存在影響, tDCS是否會延緩老年人抑制控制的老化, 這些都仍是我們尚未探索的領(lǐng)域。

5.5 tDCS結(jié)合抑制控制訓(xùn)練的影響

目前, 只有為數(shù)不多的研究探索抑制控制的訓(xùn)練效應(yīng)。Logan和Burkell (1986)使用Stop Signal任務(wù)訓(xùn)練參與者6天, 發(fā)現(xiàn)Stop Signal任務(wù)在訓(xùn)練中的行為表現(xiàn)相對穩(wěn)定。而Ditye等人(2012)的研究通過對參與者進行4天訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練有效地提高了Stop Signal任務(wù)的行為表現(xiàn), 而tDCS的加入則擴大了訓(xùn)練的效果。抑制控制任務(wù)的訓(xùn)練效應(yīng)是存在于單一任務(wù)中還是在不同任務(wù)間存在泛化效應(yīng), tDCS對訓(xùn)練效應(yīng)的影響是否是持久穩(wěn)定的, 這些問題尚沒有得到充分的研究。

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Effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on the frontal lobe region on inhibitory control

ZHOU Jing; XUAN Bin

(College of Educational Science, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China)

Inhibitory control is an important part of executive function. Studies have showed that inhibitory control is in connection with activities in the frontal lobe region. Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a kind of non-invasive brain stimulation that can regulate activation intensity of the brain region. Studies have shown that tDCS on partial region of the frontal lobe can effectively interfere with the level of inhibitory control of the participants, and this intervention can be affected by changes in such conditions as location and type of the stimulation, and experimental tasks. At present, tDCS has been applied to the studies on inhibitory control of different populations, and can be better combined with other research techniques.

inhibitory control; response inhibition; tDCS; IFG; dlPFC; pre-SMA

10.3724/SP.J.1042.2018.01976

2018-01-17

*國家社會科學(xué)基金項目(18BYY090)。

宣賓, E-mail: xuanbin@mail.ahnu.edu.cn

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