經(jīng)顱直流電刺激干預(yù)運動表現(xiàn)：效果及應(yīng)用策略

唐文靜，李丹陽*，胡惠莉，徐 飛，郜衛(wèi)峰，湯立許，廖 婷，呂萬剛

（1.武漢體育學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.杭州師范大學(xué) 體育與健康學(xué)院，浙江 杭州 311121）

腦是人類行為的源泉，不同腦部區(qū)域的功能發(fā)揮易受到外來刺激的影響。神經(jīng)調(diào)控技術(shù)通過植入性或非植入性技術(shù)、電或化學(xué)作用方式，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)、外周神經(jīng)系統(tǒng)和自主神經(jīng)系統(tǒng)鄰近或遠端部位神經(jīng)元或神經(jīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮興奮、抑制或調(diào)節(jié)作用，從而達到改善患者生活質(zhì)量，提高神經(jīng)功能的作用。神經(jīng)調(diào)控技術(shù)分為侵入性和非侵入性2種方式，經(jīng)顱磁刺激（transcranial magnet‐ic stimulation，TMS）和經(jīng)顱電刺激（transcranial eletrical stimulation，TES）是近年來發(fā)展快速的兩項非侵入性腦刺激 技 術(shù)（Hallett，2007；Nitsche et al.，2001；Wagner et al.，2007）。TES作為一種非侵入式腦刺激技術(shù)，通過放置在頭皮上的2個或多個電極施加的弱電流誘導(dǎo)大腦特定區(qū)域的短暫及受控變化，以研究其在特定運動、認知或感知過程中的作用。根據(jù)不同形式的刺激電流，TES又分為經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）、經(jīng)顱交流電刺激（transcranial alternating current stimulation，tACS）和經(jīng)顱直流隨機噪音刺激（transcranial random noise stimulation，tRNS）等。其中，tDCS是目前應(yīng)用最廣泛的TES技術(shù)，長時程tDCS刺激對抑郁癥患者的干預(yù)效果和疼痛緩解具有持續(xù)性療效（Kuo et al.，2014；Talebi et al.，2015），其安全、無痛、廉價及參數(shù)和刺激靶點可操作性的優(yōu)點，使其在多個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

tDCS有3種刺激模式：陽極刺激（a-tDCS）、陰極刺激（c-tDCS）和假刺激（s-tDCS）。與TMS相比，它產(chǎn)生的低強度閾下電場不能直接引起靜息態(tài)神經(jīng)元放電，但能夠誘導(dǎo)神經(jīng)元極化，調(diào)節(jié)靜息膜電位（Nitsche et al.，2001），即通過電場作用下調(diào)節(jié)神經(jīng)元自發(fā)放電率的增加或減少影響皮質(zhì)脊髓的興奮性，因此tDCS是一種“神經(jīng)調(diào)節(jié)”技術(shù)。同時，tDCS具有極性依賴特征，陽極（a-tDCS）誘導(dǎo)神經(jīng)興奮性，而陰極（c-tDCS）降低神經(jīng)興奮性，常用方法是通過單脈沖TMS傳遞給初級運動皮層（primary motor cortex，M1）引發(fā)的動作誘發(fā)電位（motor evoked poten‐tials，MEPs）測量皮質(zhì)脊髓興奮性的增加或減少（Nitsche et al.，2000，2001）。

tDCS最早作為一種外科手段被嘗試用于治療精神類疾病，20世紀70－80年代應(yīng)用于帕金森和癲癇等疾病的治療，被證實其在改善記憶和認知能力、情緒調(diào)控、降低疼痛及緩解疲勞等方面具有積極作用（Abdelmoula et al.，2016；Bachmann et al.，2010；Coffman et al.，2014），并且可以通過刺激腦部來提高大腦思維和促進運動技能的習(xí)得效果等（Foerster et al.，2013；Strobach et al.，2018）以提升運動表現(xiàn)。目前，國際上已將tDCS的實驗室研究成果向競技運動訓(xùn)練及賽場應(yīng)用方面轉(zhuǎn)化。Reardon（2016）于《自然》（Nature）發(fā)表的研究提到，美國滑雪協(xié)會（USSA）與Halo神經(jīng)科學(xué)公司合作研發(fā)了一款大腦運動皮層電刺激設(shè)備，通過內(nèi)置于耳機的2個電極向用戶大腦發(fā)射輕微的電流，刺激大腦控制運動的區(qū)域，其產(chǎn)生的微弱電流可進入運動皮層，提升爆發(fā)力、靈活性等運動能力。該研究對7名頂級滑雪運動員進行了tDCS干預(yù)訓(xùn)練（4次/周，共2周），4名運動員接受a-tDCS、c-tDCS，3名運動員接受假刺激（s-tDCS），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與s-tDCS組相比，使用a-tDCS結(jié)合干預(yù)訓(xùn)練僅2周就使運動員的跳躍能力提高了70%，協(xié)調(diào)能力提高了80%。此外，英國運動生物醫(yī)學(xué)會議的一項研究顯示，tDCS刺激精英運動員下肢功能相關(guān)的運動皮層，能夠延緩運動員騎行時的運動疲勞感知。隨后，《自然》雜志2017年刊發(fā)名為“Smarter，Not Harder”的科技報道，大量提到以“黑科技”或科研為依托的新設(shè)備和方法在運動訓(xùn)練中的應(yīng)用，tDCS技術(shù)則是這類科技的典型代表，指出借助腦科學(xué)干預(yù)技術(shù)可增強神經(jīng)與肌肉連接、有效提高運動員神經(jīng)肌肉興奮性及肌肉內(nèi)外部的協(xié)調(diào)等（Hornyak，2017）。

在國際競技體育競爭愈發(fā)激烈的態(tài)勢下，科技成為塑造運動表現(xiàn)、挖掘個人潛力和人類極限的關(guān)鍵。從仰臥起坐訓(xùn)練面罩（Jagim et al.，2018）、冰衣（Ross et al.，2013）和虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Düking et al.，2018）到非侵入式腦刺激，尤其是被稱為“神經(jīng)興奮劑”（neurodoping）和“大腦興奮劑”（brain doping）的tDCS技術(shù)在精英運動員競技運動訓(xùn)練中產(chǎn)生的顯著效果，引發(fā)人們對腦科學(xué)技術(shù)干預(yù)運動表現(xiàn)的濃厚興趣和探索熱情。但基礎(chǔ)研究缺乏對tDCS應(yīng)用的長期效應(yīng)和個體差異的研究，導(dǎo)致tDCS提升運動表現(xiàn)的效果也面臨質(zhì)疑。所以，在tDCS干預(yù)運動表現(xiàn)的領(lǐng)域，急需精準科學(xué)范式指導(dǎo)不同訓(xùn)練方向的實踐應(yīng)用。基于此，本研究通過歸納近20年來tDCS干預(yù)運動表現(xiàn)的相關(guān)研究，在梳理其干預(yù)運動員和健康人群運動表現(xiàn)的研究進展基礎(chǔ)上，整理tDCS在實踐應(yīng)用中的主要影響，歸納tDCS對提升運動表現(xiàn)的應(yīng)用價值，探索tDCS干預(yù)方案的構(gòu)成要素，為tDCS應(yīng)用于運動員運動表現(xiàn)提升提供理論和應(yīng)用指導(dǎo)。

1 tDCS提升運動表現(xiàn)的應(yīng)用研究進展

近年來，tDCS結(jié)合功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、單光子發(fā)射斷層成像（photon emission tomography，PET）、腦電信號分析等現(xiàn)代醫(yī)學(xué)信號分析技術(shù)和成像技術(shù)，使tDCS干預(yù)運動表現(xiàn)研究進入到更深入的腦組織功能和神經(jīng)生理學(xué)層面。tDCS作為一種以腦科學(xué)干預(yù)技術(shù)為依托的新科技，在改善運動員和健康人群的肌肉力量（Ciccone et al.，2018）、爆發(fā)力（Huang et al.，2019）、有氧耐力（Angius et al.，2018）、認知能力（Borducchi et al.，2016）、疲勞恢復(fù)及緩解鎮(zhèn)痛（Wil‐liams et al.，2013）等方面有積極效果。

1.1 tDCS助力提升肌肉力量

肌肉力量是機體對抗外界阻力的能力，根據(jù)不同體育項目的需要，運動員可能需要控制自身體重來對抗重力（如短跑、體操等）、對手體重（英式橄欖球、摔跤等）或外界物體（如足球、舉重等），而肌肉力量的大小則是運動員身體或外界物體能夠高效移動的最主要決定因素。研究表明，肌肉力量與發(fā)力率（rate of force development，RFD）、跳躍、沖刺跑、變向、專項技能以及激活后增強效應(yīng)（postactivation potentiation，PAP）呈 正 相 關(guān)（Suchomel et al.，2016）。鑒于肌肉力量在體能訓(xùn)練中的重要作用，探索tDCS提升肌肉力量的效果對不同專項運動員的訓(xùn)練具有重要的理論和實踐價值。本研究梳理了tDCS對肌肉力量影響的相關(guān)研究（表1），發(fā)現(xiàn)a-tDCS可通過調(diào)節(jié)運動單位數(shù)量、皮質(zhì)脊髓興奮性及沖動頻率等神經(jīng)肌肉因素提升人體相關(guān)部位的肌肉力量。

發(fā)力率和輸出功率是肌肉力量的重要體現(xiàn)（Baker，2001）。1）在不同運動項目中，發(fā)力率可定義為力量變化與時間變化的比值，即運動員在做功時間有限的前提下，越高的發(fā)力率意味著更快完成運動任務(wù)和取得競爭優(yōu)勢，因此肌肉力量的快速產(chǎn)生至關(guān)重要。研究表明，atDCS干預(yù)后可通過提升皮質(zhì)脊髓興奮性而誘導(dǎo)肌肉力量的短期提高（Angius et al.，2016；Lattari et al.，2018）：10 min a-tDCS刺激即可提升左腳趾肌肉力量（Tanaka et al.，2009），20 min的a-tDCS干預(yù)可提升腕伸肌、左肱二頭肌、肩關(guān)節(jié)內(nèi)外旋肌和膝伸肌最大自主收縮（MVC）（Ciccone et al.，2018；Frazer et al.，2017；Hazime et al.，2017）。肌肉力量的快速提升對運動員發(fā)揮專項動作（如投擲、跳躍等）以及快速完成比賽任務(wù)具有明顯助益；2）傳統(tǒng)抗阻訓(xùn)練手段需要考慮運動員的訓(xùn)練水平以及力量訓(xùn)練基礎(chǔ)，對于低水平抗阻訓(xùn)練經(jīng)驗的青少年和非運動員群體適用性較低。研究發(fā)現(xiàn)，a-tDCS可通過提升青少年足球運動員的肌肉力量提高運動員專項運動技術(shù)的發(fā)揮（Vargas et al.，2018），且在非運動員群體中，a-tDCS對健康人群肌肉力量的提升、身體素質(zhì)的增強同樣具有顯著效果，主要表現(xiàn)為相關(guān)肌肉力量、負荷重量及最大力量重復(fù)次數(shù)的增加（Lattari et al.，2016；Sales et al.，2016），表明 tDCS 可能不受使用人群基礎(chǔ)水平的影響，更具有“民用化”的應(yīng)用潛力。綜上，a-tDCS應(yīng)用于肌肉力量方面具有高效性和普適性特點，對力量基礎(chǔ)要求較高的運動員人群和健康人群力量素質(zhì)均可起到積極的提升效果；3）研究表明，肌力不平衡已證明對足球運動員的傳球準確率和自行車運動員的爆發(fā)力輸出有不利影響（Hart et al.，2016；Rodrigo et al.，2015），并且該現(xiàn)象在游泳、舉重和跳遠等項目的運動員中普遍存在，主要表現(xiàn)為肢體兩側(cè)相同肌群的肌力失衡或者同一肢體內(nèi)部主動肌力量過強和拮抗肌力量不足引發(fā)的肌力失衡，導(dǎo)致動作模式異常引發(fā)的組織疲勞和破壞，進而產(chǎn)生運動損傷。Frazer等（2017）發(fā)現(xiàn)，a-tDCS可顯著改善非優(yōu)勢側(cè)手臂肱二頭肌的力量，即a-tDCS對肌肉力量的提升存在交叉激活效應(yīng)。相較于傳統(tǒng)單側(cè)訓(xùn)練方法，該研究為改善運動員肌力不平衡提供了新的干預(yù)方法。

表1 tDCS對肌肉力量的影響Table 1 Effects of tDCS on Muscle Strength

tDCS提升肌肉力量的主要機制是通過調(diào)節(jié)與肌肉力量相關(guān)的神經(jīng)因素，當前研究主要通過肌電圖信號評價神經(jīng)肌肉功能。Frazer等（2017）通過肌電圖發(fā)現(xiàn)，a-tDCS可明顯提升肱二頭肌肉的肌電振幅（electromusclegram amplitude，EMG），而EMG的變化與運動單位的募集數(shù)量、沖動頻率和同步性密切關(guān)聯(lián)。因此，可推測a-tDCS可能對運動單位募集數(shù)量、沖動頻率和同步性存在調(diào)節(jié)作用。Hazime等（2017）對手球運動員的研究同樣證明了上述推測，研究發(fā)現(xiàn)，a-tDCS可增加運動單位的募集數(shù)量來提升運動員肩關(guān)節(jié)內(nèi)外旋肌MVC，幫助運動員更好地完成傳球、沖刺跑等專項技術(shù)任務(wù)。此外，有研究表明，運動員肌肉力量提升與皮質(zhì)脊髓興奮性密切關(guān)聯(lián)（Washabaugh et al.，2016）。綜上可知，tDCS主要通過提升皮質(zhì)脊髓興奮性、運動單位的募集數(shù)量、沖動頻率及同步性等神經(jīng)肌肉因素來提升運動員的肌肉力量。

1.2 tDCS有助于提高肌肉爆發(fā)力

爆發(fā)力素質(zhì)主要反映運動員在短時間內(nèi)產(chǎn)生高機械功率的能力。爆發(fā)力是短時高強度項目運動員的必備素質(zhì)，與垂直跳躍、沖刺跑、變向以及專項技能等運動指標密切相關(guān)，主要體現(xiàn)為格斗類運動項目中短時、頻繁和突擊性的高強度動作，投擲項目以及持續(xù)多次的網(wǎng)球擊球等（Girard et al.，2011）。探索運動員爆發(fā)力訓(xùn)練的新方法對精英運動員獲得競爭優(yōu)勢至關(guān)重要。

當前研究主要通過不同形式的沖刺和跳躍類項目評價tDCS對運動員爆發(fā)力素質(zhì)的影響。1）在短距離沖刺項目的干預(yù)研究中，a-tDCS可提升30 s Wingate測試1～5 s的平均功率輸出（Sasada et al.，2018）和重復(fù)沖刺訓(xùn)練中的最大功率（Huang et al.，2019），a-tDCS對功率輸出指標的提升有利于運動員在田徑100～400 m短跑、500 m速度滑冰及短時高強度運動（≤60 s）等競技運動項目中取得更好的運動成績；2）在爆發(fā)力關(guān)鍵評價指標方面，tDCS也有較好的研究應(yīng)用。Lattari等（2018）發(fā)現(xiàn)，中心點（Cz）持續(xù)刺激20 min a-tDCS可顯著提升CMJ高度、騰空時間、峰值功率指標。說明，在與垂直彈跳能力相關(guān)的運動項目中具有較大應(yīng)用空間；3）傳統(tǒng)訓(xùn)練通過舉重相關(guān)衍生訓(xùn)練、快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練以及輕重負荷結(jié)合抗阻訓(xùn)練等手段來提升專業(yè)運動員的爆發(fā)力素質(zhì)（De Weese et al.，2015；Hackett et al.，2016），受到運動員的體能水平、教練員執(zhí)教水平以及訓(xùn)練中可能的受傷風(fēng)險等干擾因素的影響，tDCS在應(yīng)用于爆發(fā)力訓(xùn)練過程中不易受到上述干擾因素的影響。綜合目前研究發(fā)現(xiàn)，a-tDCS對于爆發(fā)力的提升效果突破了傳統(tǒng)訓(xùn)練的局限，縮短運動員專項爆發(fā)力形成的進程，是一種極有應(yīng)用前景的神經(jīng)調(diào)節(jié)訓(xùn)練手段。但應(yīng)注意的是，目前tDCS干預(yù)爆發(fā)力的研究仍然相對較少，亟待對不同水平和不同項目的運動員人群開展探索和干預(yù)研究，以進一步明確其干預(yù)效應(yīng)。

爆發(fā)力素質(zhì)受到神經(jīng)肌肉以及能量供應(yīng)系統(tǒng)的影響。運動單位為一個α運動神經(jīng)元及其控制的所有肌纖維，是肌肉運動的基本單位。研究表明，a-tDCS可通過激活運動皮層興奮性誘發(fā)神經(jīng)元的放電頻率，增加運動單位的神經(jīng)沖動頻率和II型肌纖維募集數(shù)量，提升與爆發(fā)力相關(guān)的跳躍（Lattari et al.，2018）、沖刺（Huang et al.，2019）以及高強度肌肉收縮能力（Williams et al.，2013）等運動表現(xiàn)指標。此外，有關(guān)爆發(fā)力素質(zhì)的訓(xùn)練或比賽主要能量供應(yīng)來源為ATP-CP系統(tǒng)，最高每秒15 mmol/kg的ATP轉(zhuǎn)化率足以支撐1～2 s的最大爆發(fā)力輸出，且在10 s和 30 s的沖刺中分別消耗15%～30%（Boobis et al.，1982）、45%（Jones et al.，1985）的ATP。因此，從能量代謝角度來說，每秒的爆發(fā)力輸出功率是由ATP合成的時間和水解速率決定。tDCS對爆發(fā)力素質(zhì)相關(guān)指標的提升效果表明，a-tDCS可能改善能量供應(yīng)系統(tǒng)的整合效率。但該機制的推測缺乏明確的研究支撐，仍需要進一步實驗證明。

1.3 tDCS有助于提高肌肉耐力

肌肉耐力是指人體在外部阻力的情況下，按照特定要求持續(xù)運動一定時間或重復(fù)一定動作次數(shù)的能力，反映肌肉的抗疲勞能力。長期規(guī)律的肌肉耐力訓(xùn)練可增加運動員毛細血管、紅細胞和血紅蛋白數(shù)量，加速氧氣運輸?shù)骄€粒體的速度及增強機體對氧氣的運輸和利用率，使心肌氧化磷酸化生成ATP的能力加強，有助于改善運動員自身能量代謝和延緩運動疲勞的出現(xiàn)。因此，肌肉耐力素質(zhì)是影響不同運動項目運動員比賽表現(xiàn)關(guān)鍵指標之一。本研究總結(jié)了tDCS對肌肉耐力影響的相關(guān)應(yīng)用研究（表2）。

tDCS干預(yù)肌肉耐力表現(xiàn)最常用的評價方案為力竭測試（time to exhaustion，TTE），即在疲勞的基礎(chǔ)上，使機體繼續(xù)保持運動，直至完全不能運動，通過運動持續(xù)時間評估tDCS對于肌肉耐力的激活效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，tDCS在改善肌肉耐力方面有如下特征：1）a-tDCS對不同肌肉強度的TTE測試時間具有明顯的提升效果，主要體現(xiàn)在肘關(guān)節(jié) 20%（Angius et al.，2016；Oki et al.，2017；Williams et al.，2013）、35%（Abdelmoula et al.，2016；Cogiamanian et al.，2008）的MVC訓(xùn)練中，因此，在不同強度的肌肉耐力訓(xùn)練中，應(yīng)用a-tDCS有助于提升訓(xùn)練效果；2）Oki等（2017）發(fā)現(xiàn)，a-tDCS同樣可提升老年人群的肘屈肌持續(xù)運動時間，認為a-tDCS對肌肉耐力的干預(yù)效果可能受到測試人群基礎(chǔ)水平的影響，即測試人員運動水平越低，提升效果越顯著，表明在低水平或青少年運動員中應(yīng)用a-tDCS很可能對肌肉耐力的提升有更明顯的積極效果；3）在干預(yù)方案設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)肩部刺激方案（陽極位于運動皮層，陰極位于對側(cè)肩膀）比頭部刺激方案（陽極位于運動皮層，陰極位于對側(cè)運動皮層）有更高的陽性發(fā)生率，分別為42.9%、28.6%。因此，實際應(yīng)用中采用肩部刺激方案更有助于提升運動員的肌肉耐力素質(zhì)；4）高清經(jīng)顱直流電刺激（HD-tDCS）采用4×1的環(huán)狀配置，由于其相較于傳統(tǒng)tDCS有更好的空間聚集性和刺激效果，在運動表現(xiàn)領(lǐng)域的相關(guān)研究逐漸增多。研究發(fā)現(xiàn)，HD-tDCS對人體肌肉耐力素質(zhì)無提升效果，但對運動性肌肉疼痛具有積極的抑制效果（Flood et al.，2017；Radel et al.，2017），研究者認為，HD-tDCS可能通過刺激前額皮層（prefrontal cortex，PFC）來抑制運動疼痛感知而提升肌肉耐力運動表現(xiàn)。因此，HD-tDCS應(yīng)用于PFC可能有助于提升肌肉耐力素質(zhì)，但需要大樣本量和精確靶向刺激進一步研究來驗證。綜上，atDCS對不同水平運動員和不同運動強度中的肌肉耐力訓(xùn)練都具有提升效果，肩部刺激和PFC靶向刺激更有助于提升人體肌肉耐力表現(xiàn)。

表2 tDCS對肌肉耐力的研究進展Table 2 Effects of tDCS on Muscle Endurance

a-tDCS提升肌肉耐力的可能機制為：1）提升運動皮質(zhì)或皮質(zhì)脊髓的興奮性，增加肌肉之間的協(xié)調(diào)性和減少肌肉抑制效應(yīng)（Cogiamanian et al.，2008；Williams et al.，2013）；2）a-tDCS可能影響感覺運動皮層的相關(guān)區(qū)域，在不改變脊髓神經(jīng)元興奮性的前提下，增加肌肉收縮過程中的運動感知覺整合，通過減少運動過程中的疼痛和疲勞感知，提升肌肉耐力運動表現(xiàn)（Abdelmoula et al.，2016；Angius et al.，2016）。

1.4 tDCS提升有氧耐力的應(yīng)用研究證據(jù)

最大攝氧量和乳酸閾值是評定人體有氧工作能力的重要指標，前者主要反映心肺功能，后者主要反映骨骼肌的代謝水平。優(yōu)秀耐力型運動員和以短促變向、跳躍、側(cè)向跑為特征的足球及橄欖球運動員需要在不同周期訓(xùn)練階段中安排合理的有氧耐力訓(xùn)練（Arcos et al.，2015；Clement et al.，2014；Gabbett，2006）來提升專項素質(zhì)。評價運動員有氧能力是教練員制定科學(xué)化訓(xùn)練的基礎(chǔ)，有氧素質(zhì)中的最大攝氧量、乳酸閾、次最大速度/強度的攝氧量需求及低濃度血乳酸的攝氧量水平等關(guān)鍵生理學(xué)指標為教練員和科研人員提供了準確信息，助力制定精準化訓(xùn)練方案，從而提升訓(xùn)練效果（Chamari et al.，2015）。研究表明，有氧素質(zhì)的關(guān)鍵指標與比賽速度（Coyle，1995）、賽中最大速度（Basset et al.，2000）、比賽節(jié)奏（Jones，2007）密切相關(guān)，其中最大攝氧量等指標的提升對于提高運動員運動表現(xiàn)以及健康人群、患病者和殘疾者有氧能力具有積極作用（Stagg et al.，2011）。因此，探索tDCS在有氧耐力訓(xùn)練中的應(yīng)用價值對改善不同人群的體能訓(xùn)練效果有重要意義。

tDCS干預(yù)有氧耐力的干預(yù)方案主要具備兩個方面的特征：1）tDCS干預(yù)有氧耐力素質(zhì)的研究主要通過≥70%自行車TTE測試方案來評估干預(yù)效果，通過力竭時間評估運動員的疲勞狀態(tài)和運動表現(xiàn)。Okano等（2015）首次研究了tDCS在遞增負荷自行車TTE運動方案中的作用，研究發(fā)現(xiàn)，a-tDCS可明顯改善運動員在遞增負荷自行車實驗中的峰值功率輸出（peak power output，PPO），同時顳葉和島葉皮質(zhì)上的電刺激能夠有效延緩運動員的運動疲勞感知。因此，該腦區(qū)的電刺激對有氧耐力運動表現(xiàn)的改善具有積極作用；2）為了驗證電極設(shè)計方案對tDCS刺激效果的影響，后期研究分別以70%、75%、80%PPO強度進行自行車TTE測試，發(fā)現(xiàn)中心點結(jié)合肩部刺激方案（陽極置于右側(cè)運動皮層，陰極置于雙側(cè)肩膀）可有效提升運動員的有氧耐力表現(xiàn)，而頭部刺激方案（陽極置于右側(cè)運動皮層，陰極置于右側(cè)前額）則無法提升運動員的有氧耐力表現(xiàn)。因此，肩部、中心點以及島葉皮層的電極方案誘導(dǎo)的刺激效果要優(yōu)于僅做頭部刺激方案。

在tDCS干預(yù)下肢有氧耐力的實驗中，tDCS可能通過提升島葉皮層或顳葉的神經(jīng)元活性而降低主觀疲勞感知（rating of perceived exertion，RPE），從而提高機體對有氧運動的耐受性；a-tDCS可提升運動皮層和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，延緩神經(jīng)肌肉的抑制效應(yīng)，延緩疲勞出現(xiàn)的時間，從而增加運動員有氧耐力運動的時間，提升運動表現(xiàn)。雖然也有研究表明，a-tDCS對不同強度有氧耐力訓(xùn)練的運動表現(xiàn)具有顯著的提升效果，但目前研究的主要研究對象是健康人群（表3）。因此，a-tDCS對精英運動員有氧耐力是否有明確影響，短期和長期影響的效應(yīng)如何，仍需要更多研究來探索。

1.5 tDCS對疲勞恢復(fù)與鎮(zhèn)痛效果的影響

運動性疲勞是影響運動表現(xiàn)的重要限制性因素，即運動引起機體不能夠維持原有肌肉收縮力量或輸出功率水平，延緩疲勞無疑有利于運動表現(xiàn)的提升。經(jīng)典研究認為，疲勞主要發(fā)生在中樞神經(jīng)和外周兩個不同部位，即疲勞的發(fā)生與大腦和肌纖維之間的穩(wěn)態(tài)條件的改變有關(guān)（Noakes et al.，2004）。目前tDCS對于疲勞的抑制效果主要通過疲勞感知量表、顫搐疊加技術(shù)、肌電圖以及功率輸出變化等方法來評估，其中，衡量運動員疲勞狀態(tài)的有效指標包括疲勞出現(xiàn)的時間、神經(jīng)電活動特性和肌肉力學(xué)的變化。

表3 tDCS對有氧耐力的影響Table 3 Effects of tDCS on Aerobic Endurance

研究表明，大腦皮層運動區(qū)和前運動區(qū)在腦疲勞中扮演著重要角色（Gandevia，2001），而對于該區(qū)域的a-tDCS刺激可明顯降低運動員在次最大強度肌肉耐力訓(xùn)練的后期（Abdelmoula et al.，2016）、恒定負荷有氧耐力訓(xùn)練（Vi‐tor-Costa et al.，2015）及最大速度沖刺訓(xùn)練（Sasada et al.，2017）的疲勞感知。研究發(fā)現(xiàn)，a-tDCS對運動員疲勞狀態(tài)有如下影響：1）在不同強度的單關(guān)節(jié)等長收縮TTE運動測試中，研究發(fā)現(xiàn)a-tDCS可誘導(dǎo)疲勞感知的延后甚至降低（6%）。研究認為，a-tDCS可以通過增強皮質(zhì)脊髓的興奮性，增加運動單位的募集數(shù)量和神經(jīng)肌肉的抑制效應(yīng)，從而提升肌肉耐力、有氧運動表現(xiàn)（Cogiamanian et al.，2008；Williams et al.，2013；Vitor-Costa et al.，2015）；2）Oki等（2017）發(fā)現(xiàn)，a-tDCS可通過提升運動皮層的興奮性，降低中樞神經(jīng)的疲勞反應(yīng)。但也有研究顯示，a-tDCS對高強度無氧運動（Deckert et al.，2015）、肌肉耐力（Radel et al.，2017）以及最大力量（Montenegro et al.，2015）運動中的中樞疲勞并無抑制效果，研究推測可能的原因為刺激方案、刺激區(qū)域和運動類型等干擾因素。此外實驗中熱身活動、運動員測試時的身體、心理狀態(tài)等因素也會影響到機體的疲勞狀態(tài)。因此，基于目前的實驗證據(jù)，a-tDCS抑制運動性疲勞的機制尚無明確結(jié)論，仍需要在擴大樣本量和嚴格控制實驗條件的基礎(chǔ)上深入研究。

疼痛作為一種基本感覺，離不開初級感覺皮層的參與，神經(jīng)調(diào)控是控制急性疼痛和慢性疼痛的一種重要手段和有效的替代療法。M1和背外側(cè)前額葉皮層（dorsal lateral prefrontal cortex，DLPFC）是運動疼痛研究的常用靶點。研究顯示，a-tDCS和c-tDCS都具有提高疼痛閾值，降低疼痛感知的作用（Bachmann et al.，2010；Nitsche et al.，2001）。但在不同的冷熱環(huán)境下，a-tDCS的調(diào)節(jié)作用缺乏一致的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)，M1的a-tDCS可調(diào)控?zé)嵬春屠渫?，陰極刺激更傾向于調(diào)節(jié)機械痛（Barwood et al.，2016），而不同類型的疼痛研究結(jié)果顯示，a-tDCS對冷熱環(huán)境中的疼痛均無緩解作用（Angius et al.，2015）。但冰雪項目和濕熱比賽環(huán)境中的運動員也可能受益于a-tDCS在不同環(huán)境中的鎮(zhèn)痛效果。因此，tDCS對于肌肉疼痛的緩解效果尚不能下定論，還有待采用大樣本、多中心、均一參數(shù)的實驗進一步驗證（王靜等，2015）。上述研究表明，疼痛感覺是多個腦區(qū)共同參與的網(wǎng)絡(luò)活動，tDCS刺激多個腦區(qū)都可調(diào)控疼痛的結(jié)果為驗證腦區(qū)的參與功能和疼痛影像學(xué)結(jié)果提供了干預(yù)性證據(jù)。

1.6 tDCS對認知能力的影響

認知能力與大腦處理內(nèi)外信息的加工能力有關(guān)（Bostromet al.，2009），以往增強認知能力的設(shè)備存在價格昂貴、不易操作和高風(fēng)險等不足（吳成凱等，2019）。tDCS以便捷、低成本、安全高效的優(yōu)點而用于治療認知功能障礙的神經(jīng)疾病患者，結(jié)合計算機神經(jīng)模型和磁共振成像技術(shù)，為健康個體和運動員的認知功能提升提供了新的選擇。

tDCS干預(yù)認知能力的研究主要發(fā)現(xiàn)：1）tDCS提升機體認知能力基于陽極的興奮作用和陰極的抑制作用（Nitsche et al.，2000）；2）認知能力并不依賴某個腦區(qū)的單獨作業(yè)，而是多個腦區(qū)協(xié)同工作的結(jié)果；3）tDCS不僅可以通過刺激到特定腦區(qū)，還可作用于與認知能力相關(guān)的腦網(wǎng)絡(luò)（Pisoni et al.，2018），獲得一定的干預(yù)效果；4）a-tDCS通過改變相關(guān)腦網(wǎng)絡(luò)的功能連結(jié)和不同腦區(qū)之間的協(xié)同效率來增強認知能力（Meinzer et al.，2012）。

優(yōu)秀運動員的高水平感知（Sevdalis et al.，2016）、認知、視覺表現(xiàn)（Heppe et al.，2016）以及決策行動（Coh et al.，2015）能力在處理運動信息方面顯著超越一般運動員。tDCS主要通過刺激感知覺皮層、PFC和DLPFC區(qū)域來提升運動員的感知覺、注意、記憶（Coffman et al.，2014）、運動技能習(xí)得（Reis et al.，2009）和復(fù)雜任務(wù)處理能力。1）感知覺：a-tDCS可提升人體對視覺（Kraft et al.，2010）、聽覺變化敏銳度（Ladeira et al.，2011）、識別表情的能力（Boggio et al.，2008）；2）注意：fMRI研究表明，PFC、前額眼動區(qū)、頂內(nèi)溝和下頂葉皮層等腦區(qū)組成了注意的額-頂網(wǎng)絡(luò)，是自上而下注意加工的重要腦區(qū)（Dixon et al.，2017），且a-tDCS刺激相關(guān)區(qū)域可明顯提升人體的注意警覺（Coffman et al.，2014）、注意偏向和注意資源（Weiss et al.，2012）；3）記憶能力：有研究通過記憶范式評估tDCS對記憶能力的影響，發(fā)現(xiàn)a-tDCS不僅能增強工作記憶，而且在高難度和高負荷的記憶任務(wù)中，a-tDCS刺激DLPFC區(qū)域?qū)δ行院团缘挠洃浤芰Χ加酗@著提升效果（Meiron et al.，2013）。但由于a-tDCS刺激效應(yīng)的神經(jīng)機制復(fù)雜性以及刺激參數(shù)差異性等因素影響，在部分研究中仍存在陰性結(jié)果（Nilsson et al.，2017），因此目前尚不能準確評價其對記憶能力的確切效果；4）運動技能習(xí)得和復(fù)雜任務(wù)處理：a-tDCS對學(xué)習(xí)能力提升的生理學(xué)機制主要來源對突觸可塑性的長時程增強或抑制（Stagg et al.，2011），研究表明，a-tDCS可顯著提升動作學(xué)習(xí)的績效（Foerster et al.，2013）。在多任務(wù)環(huán)境中，a-tDCS不僅能加快任務(wù)處理，而且可以抑制任務(wù)處理績效的衰減（Strobach et al.，2018）。提示，tDCS對認知能力的改善效果可能會轉(zhuǎn)化為運動員在訓(xùn)練或比賽中的競爭優(yōu)勢，從而幫助運動員取得更好的訓(xùn)練效果和比賽成績。

2 精準tDCS干預(yù)方案的制定

tDCS干預(yù)運動表現(xiàn)的研究呈現(xiàn)出不同干預(yù)效果以及個體間的高度變異性（López-Alonso et al.，2015），刺激腦區(qū)的區(qū)域差異、電極放置位置、實驗設(shè)計以及運動員狀態(tài)等因素是影響干預(yù)結(jié)果的重要因素。明確和細化tDCS干預(yù)方案的構(gòu)成要素和影響原因有助于制定精準的電刺激干預(yù)方案，從而提升tDCS應(yīng)用的安全性和使用效率。

2.1 電極極性

神經(jīng)生理實驗證明，當a-tDCS靠近神經(jīng)元胞體和樹突時，靜息電位降低，神經(jīng)元自發(fā)放電增加，產(chǎn)生去極化，從而激活細胞的活性。當電場方向轉(zhuǎn)換時神經(jīng)元放電減少，發(fā)生超極化的現(xiàn)象，從而降低細胞的活性。因此，tDCS通常將陽極置于目標刺激腦區(qū)，陰極置于對側(cè)腦區(qū)或肩膀，通過極性特征提升或降低神經(jīng)元和整個神經(jīng)元群的興奮性來調(diào)節(jié)人體的神經(jīng)變化。Boros等（2008）發(fā)現(xiàn)，a-tDCS可誘導(dǎo)運動皮層興奮性增加，進而提升運動表現(xiàn)。此外，Lattari等（2018）發(fā)現(xiàn)，80%的受試者出現(xiàn)ctDCS后所有測量指標的下降情況，但目前沒有更多的實驗驗證c-tDCS對于運動表現(xiàn)的抑制效應(yīng)，因此c-tDCS對運動員的影響需要進一步深入研究并明確其應(yīng)用價值。

2.2 刺激劑量

tDCS刺激劑量一直是應(yīng)用方面的重點問題，其經(jīng)典參數(shù)值為：電極面積25～35 cm2，電流強度1～2 mA，最長持續(xù)刺激時間20 min，該經(jīng)典模式在研究中被廣泛應(yīng)用，只有少量皮膚刺激損傷的副作用被報道，因此被認為是安全的刺激方案。隨著研究深入，更精確的劑量參考有利于明確tDCS干預(yù)運動表現(xiàn)最佳刺激范式。綜合前文研究，決定刺激劑量的因素可歸納為兩類：電流參數(shù)和電極參數(shù)。tDCS為直流電輸出，電流無頻率和波形變化特征，其電流幅度的大小即可衡量輸出電流強度。結(jié)合目前tDCS提升運動表現(xiàn)的相關(guān)研究可發(fā)現(xiàn)，目前臨床研究多采用1.5～2 mA的電流強度（表4），該區(qū)域內(nèi)的電流強度均可發(fā)現(xiàn)對相關(guān)運動能力的提升作用。另外，模擬數(shù)值仿真結(jié)果顯示，電流強度的變化會顯著影響大腦的電場分布，當電流強度不足時，提高輸入電流的大小是一種可行性的調(diào)整方式，但該方式適用于對整個大腦區(qū)域進行刺激的研究。除了上述因素會影響到刺激劑量，持續(xù)刺激時間也是影響刺激效果的重要因素。普遍認為，應(yīng)用時間越長，后效應(yīng)越長。但有個案報道表明，增加tDCS的刺激時間會抑制神經(jīng)皮質(zhì)的興奮性。因此刺激時間與刺激效果之間并非正相關(guān)，需進一步研究證實。綜上，目前針對不同運動能力的刺激劑量應(yīng)用形式多樣，選擇時遵循的基本原則是將目標電極置于目標腦區(qū)的頭顱表面位置，電流大小、刺激時長以及電極規(guī)格、布局等方面的調(diào)控多為經(jīng)驗選擇，缺乏明確指導(dǎo)，需進一步研究。

表4 不同運動能力提升的刺激方案Table 4 Stimulation Programs in Improving Different Sports Abilities

2.3 腦部刺激區(qū)域

tDCS干預(yù)方案中最常選取的腦部刺激區(qū)域為M1。研究表明，在持續(xù)MVC運動期間，由于M1和其他脊髓上區(qū)域無法增加神經(jīng)驅(qū)動力來補償脊髓興奮性的降低，導(dǎo)致肌肉功率輸出能力下降，進而引發(fā)疲勞，降低小肌肉群（如屈肘）以及大肌肉群（如自行車騎行）的運動表現(xiàn)。因此，a-tDCS應(yīng)用于M1可以削弱傳遞到脊髓運動神經(jīng)元池的Ib反饋，保持活躍的神經(jīng)活動，從而減少神經(jīng)肌肉抑制，提升運動員的力量-爆發(fā)力素質(zhì)（Agaard et al.，2002）。此外，a-tDCS對M1靶點的刺激可提高運動員的疼痛閾值，降低疼痛感知，從而提升運動員的耐受能力，最終表現(xiàn)為肌肉耐力和有氧耐力素質(zhì)的提升（Mauger，2013）。因此，tDCS刺激M1區(qū)域可通過減少神經(jīng)肌肉抑制和疼痛感知來提升運動表現(xiàn)。

PFC在認知行為控制以及處理內(nèi)外部信息方面發(fā)揮重要作用（Robertson et al.，2016）。PFC對機體自上而下產(chǎn)生影響，誘導(dǎo)運動員有節(jié)奏完成訓(xùn)練或比賽任務(wù)，通過延緩不同強度和持續(xù)時間的運動任務(wù)中的疲勞感知，從神經(jīng)生物學(xué)方面優(yōu)化運動員決策和調(diào)控動機，達到提升運動表現(xiàn)的目的（Pageaux et al.，2014）。Van Cutsem等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，增加PFC在運動期間對身體信號（如神經(jīng)疲勞）的控制能力會提高運動員的耐力表現(xiàn)。因此，tDCS通過對PFC區(qū)域進行干預(yù)，提升身體感知信號的抑制能力，使機體的意志驅(qū)動力保持在運動皮層，從而延長高水平運動的持續(xù)時間。

2.4 電極放置位置

tDCS的電極多采用單對或雙對，其中一個或一對置于刺激腦區(qū)對應(yīng)的頭皮表層，另側(cè)電極則置于頭部其他位置或顱外區(qū)域。其中電極的位置、距離、面積和形狀等參數(shù)問題共同決定了電極布局方案。根據(jù)前期研究方案歸納出4種經(jīng)典電極布局方案：單邊、雙邊、中線和雙通道（圖1）。在tDCS干預(yù)耐力素質(zhì)的相關(guān)研究中，發(fā)現(xiàn)A方案和L方案無法提升運動員的耐力表現(xiàn)（Angius et al.，2015；Muthalib et al.，2013），研究推測可能是單邊的頭部刺激方案對控制下肢肌肉的腦區(qū)激活程度不夠所致。因此，為了驗證這一問題，Angius等（2018）再次測試L刺激方案下tDCS對自行車運動TTE測試的影響，即將刺激電極置于右M1，陰極置于雙側(cè)肩膀。同時為探討tDCS可能的神經(jīng)生理機制，實驗對tDCS前后的神經(jīng)肌肉和皮質(zhì)脊髓反應(yīng)進行了監(jiān)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同的測試方案下，a-tDCS后運動員膝伸肌有氧耐力的持續(xù)運動時間延長，并觀察到膝伸肌運動時脊髓興奮性增加，同時伴隨有RPE降低的趨勢，由此推測L刺激方案的效果可能優(yōu)于單側(cè)。而在肌肉力量與爆發(fā)力素質(zhì)方面，A方案和B方案應(yīng)用最多、效果最好，其他刺激方案在不同運動能力的實驗研究中均有積極效果。因此，在不同訓(xùn)練目的和比賽項目基礎(chǔ)上，選擇合適的電極位置刺激有利于實現(xiàn)運動員競技表現(xiàn)的最大化。

2.5 影響干預(yù)效應(yīng)的其他因素

在制定tDCS干預(yù)方案的基礎(chǔ)上，不同人群及運動水平、熱身方式、心理狀態(tài)及運動強度等也會對實驗結(jié)果產(chǎn)生重要影響。研究發(fā)現(xiàn)：1）tDCS對青少年、女性以及老年人運動能力的提升效果要明顯優(yōu)于健康男性或運動員，表明a-tDCS在運動水平越低的運動員中其干預(yù)效果可能越明顯，外界刺激干預(yù)對肌肉功能有更高的提升，不易達到“天花板”效應(yīng)（Oki et al.，2017；Vargas et al.，2018）；2）tDCS干預(yù)最大肌肉力量以及爆發(fā)力的實驗中，實驗前的熱身激活方式對實驗結(jié)果有重要影響。如彈振式訓(xùn)練可降低運動單位募集的閾值并在極短的時間內(nèi)激活全部的運動神經(jīng)（Duchateau et al.，2008），幫助運動員產(chǎn)生更好的力、速度、功率以及肌肉激活，因此在不同的運動項目中要合理安排熱身激活方法，充分激活肌肉功能，以達到tDCS干預(yù)的最佳效果；3）運動員身體以及心理的疲勞狀態(tài)可能會對實驗結(jié)果造成影響（Sasada et al.，2017），研究者可通過疲勞感知量表積極監(jiān)測運動員身體狀態(tài)，合理安排實驗時間，排除人體節(jié)律性變化的影響；4）Kan等（2013）發(fā)現(xiàn)，在30%MVC的肘關(guān)節(jié)TTE測試任務(wù)中，a-tDCS對肌肉耐力相關(guān)運動任務(wù)的持續(xù)時間和疲勞抑制并沒有改善效果，可能由于運動強度太小，運動員肌肉耐力的疲勞發(fā)展狀態(tài)未達到需tDCS刺激的水平，因此適宜強度的選擇也會有助于tDCS干預(yù)效果的實現(xiàn)。

圖1 電極布局示意圖Figure 1.Schematic Diagram of Electrode Layout

除了上述因素外，傳統(tǒng)tDCS以及HD-tDCS可能會誘發(fā)相鄰腦區(qū)無關(guān)神經(jīng)元的變化（Flood et al.，2017；Montene‐gro et al.，2015），后續(xù)研究可在fMRI等腦功能成像的呈現(xiàn)基礎(chǔ)上明確實際刺激區(qū)域，實現(xiàn)更精準的人腦靶向性刺激。

3 tDCS的應(yīng)用策略

3.1 力量訓(xùn)練中的應(yīng)用

根據(jù)力量訓(xùn)練的生理機制和tDCS干預(yù)力量訓(xùn)練的主要機制，概述tDCS在力量訓(xùn)練中可能的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下方面：1）提高短期抗阻訓(xùn)練的效果，一般時長為2～4周；2）根據(jù)tDCS在低水平訓(xùn)練經(jīng)驗運動員的提升效果，對青春期前的青少年人群抗阻訓(xùn)練效果的提升有一定的應(yīng)用潛力；3）在較長時期力量訓(xùn)練計劃中，每次力量訓(xùn)練之前采用tDCS進行針對性的激活，可提高力量訓(xùn)練的效果；4）在力量訓(xùn)練過程中采用tDCS可降低運動員的神經(jīng)肌肉疲勞，提高力量訓(xùn)練的效果，同時為精英運動員積累一定的訓(xùn)練量提供科技支撐；5）力量訓(xùn)練結(jié)束后，采用tDCS進行神經(jīng)放松，與拉伸、按摩、冷熱水浴等放松方式配合，提高運動員訓(xùn)練后的恢復(fù)效果；6）提高采用杠鈴進行爆發(fā)力訓(xùn)練的效果、大力量向爆發(fā)力轉(zhuǎn)化的效果、快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練的效果以及塑造特定專項需求的力-速曲線和特定專項動作需求的力-速特征；7）在同期訓(xùn)練（大力量訓(xùn)練和有氧耐力訓(xùn)練）計劃、復(fù)合訓(xùn)練（大力量和爆發(fā)力）、PAP效應(yīng)訓(xùn)練計劃等訓(xùn)練計劃中采用tDCS干預(yù)，提高訓(xùn)練的綜合效果；8）在靈敏性訓(xùn)練、多向速度訓(xùn)練以及爆發(fā)力和專項技術(shù)的整合訓(xùn)練中采用tDCS干預(yù)，提高爆發(fā)力和其他體能要素及技術(shù)的整合效果。總之，在不同形式的抗阻訓(xùn)練計劃中，借助tDCS以提高訓(xùn)練的效果亟待需要更多的原創(chuàng)研究來佐證，從國際研究進展來看，tDCS在不同類型的體能訓(xùn)練計劃中的研究很少，亟待針對精英運動員群體進行多維度的研究，為制定精細化的干預(yù)方案提供更多理論支持。

3.2 耐力訓(xùn)練中的應(yīng)用

tDCS通過提高中樞神經(jīng)興奮性和延遲神經(jīng)抑制效應(yīng)來提升運動表現(xiàn)。tDCS在耐力訓(xùn)練中的應(yīng)用主要體現(xiàn)為4個方面：1）tDCS應(yīng)用于有氧耐力訓(xùn)練，通過提高人體對疲勞的感受閾值，不斷挖掘運動員自身潛力；2）tDCS應(yīng)用于無氧訓(xùn)練間歇，降低人體對疲勞的感受；3）tDCS應(yīng)用于肌肉耐力訓(xùn)練，提高肌肉耐力的訓(xùn)練效果；4）在有氧耐力訓(xùn)練、無氧耐力訓(xùn)練之后借助tDCS進行神經(jīng)肌肉放松，降低過度訓(xùn)練發(fā)生概率，為精英運動員持續(xù)訓(xùn)練提供科技支撐。

3.3 運動技能訓(xùn)練中的應(yīng)用

研究表明，tDCS長時程作用于大腦皮層，可通過提升肢體運動的精細活動和動作反應(yīng)時間來提升運動技能的獲取能力（Shinichi et al.，2014；Steele et al.，2010），且運動技能的提升在tDCS刺激后數(shù)天的效果優(yōu)于刺激后的即刻表現(xiàn)（Janine et al.，2009），在運動技能的長期鞏固方面，電刺激對新技能的學(xué)習(xí)有明顯的鞏固作用（Ammann et al.，2016）。因此，長期規(guī)律使用tDCS可以加速運動技能學(xué)習(xí)，提升技術(shù)動作重復(fù)的準確率，該應(yīng)用可能對體操、花樣滑冰等需要長期反復(fù)技術(shù)動作訓(xùn)練的運動員專項能力的提升有重要意義。此外，在周期性的訓(xùn)練計劃中，隨著比賽的臨近，專項技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的比例得以加強，在該階段可借助tDCS技術(shù)，整合爆發(fā)力和專項技術(shù)動作，強化專項動力鏈和專項技術(shù)鏈的高度整合，強化專項動作的準確性、高效性和經(jīng)濟性。

3.4 正式比賽前的應(yīng)用

高水平競技體育比賽經(jīng)常在不同時間段進行，運動員的運動表現(xiàn)也會隨著比賽日時間的變化經(jīng)歷不同改變（Chtourou et al.，2012），雖然有研究分析了不同的準備策略對不同項目運動員表現(xiàn)的影響，但比賽日當天所采用的干預(yù)手段也可能會提升其運動表現(xiàn)（Russell et al.，2016）。在實際應(yīng)用中，正式比賽前的時間階段又細分為比賽前3 h，賽前3 h內(nèi)和正式比賽間歇策略3類。因此，tDCS在正式比賽前的應(yīng)用主要分為：1）將運動員從休息狀態(tài)轉(zhuǎn)變到訓(xùn)練狀態(tài)，同時減少疲勞，這是比賽前3 h運動員的賽前激活練習(xí)的主要目的。熱身活動的強度是保證賽前策略有效性的關(guān)鍵因素。運動常規(guī)熱身以全身抗阻訓(xùn)練、沖刺跑等激活項目為主，通過降低生物節(jié)律性對身體運動能力的影響，緩解睪酮、皮質(zhì)醇等激素的周期性下降（Cook et al.，2012）。tDCS作為一種神經(jīng)訓(xùn)練手段，經(jīng)過15～20 min的短時刺激可能提升運動員肌肉運動單位的募集數(shù)量和沖動頻率，調(diào)動神經(jīng)肌肉因素的改變，為運動員帶來更好的比賽狀態(tài)，同時降低因為傳統(tǒng)熱身帶來的肌肉損傷等風(fēng)險因素。而良好的熱身訓(xùn)練產(chǎn)生的結(jié)果可以在一定程度上轉(zhuǎn)化為比賽專項運動表現(xiàn)的提升。2）比賽前3 h以內(nèi)的彈振式訓(xùn)練（如跳深、單腿跨跳、彈射式臥推等）可優(yōu)先募集II型運動單位，有效激發(fā)PAP效應(yīng)，從實踐角度來看，考慮到PAP效應(yīng)的短暫性和熱身結(jié)束與比賽開始的間隔時間，PAP效應(yīng)可能僅對運動員比賽初期的運動表現(xiàn)有幫助，tDCS可通過與各種熱身激活方式相結(jié)合，提升PAP效應(yīng)，改善運動員比賽早期的運動表現(xiàn)。3）大多數(shù)集體比賽項目中，都有10～20 min的中場休息時間，包括運動員返回更衣室、參與戰(zhàn)術(shù)討論、接受藥物治療和補充營養(yǎng)補劑等（Russell et al.，2016，Towlson et al.，2013）。由于運動員身體部分能源物質(zhì)的下降和疲勞的產(chǎn)生，20%的足球運動員在下半場比賽開始階段至少有15 min最低強度的狀態(tài)表現(xiàn)（Mohr et al.，2005），已證實中場休息期間的間歇性靈敏訓(xùn)練、全身振動訓(xùn)練、小場地訓(xùn)練和下肢抗阻訓(xùn)練都會對運動員比賽狀態(tài)產(chǎn)生有益效果（Lovell et al.，2013，Zois et al.，2013）。tDCS可通過干預(yù)中場休息的訓(xùn)練來幫助運動員在技術(shù)表現(xiàn)和身體能力方面受益，同時還可有效緩解運動員的心理和身體疲勞。因此，tDCS結(jié)合不同熱身階段的激活方式可能對運動員比賽狀態(tài)和比賽結(jié)果帶來積極效果，拓展了tDCS在運動表現(xiàn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

3.5 運動員恢復(fù)中的應(yīng)用

tDCS在運動員訓(xùn)練及賽后恢復(fù)中的應(yīng)用主要包括肌肉疲勞恢復(fù)、神經(jīng)疲勞恢復(fù)和肌肉疼痛緩解。1）tDCS與目前常用以緩解遠動員肌肉疲勞的神經(jīng)肌肉電刺激技術(shù)（neuromuscular electrical stimulation，NMES）相較而言，NMES更偏向物理治療手段，其對肌肉運動表現(xiàn)和功能方面，與主動恢復(fù)效果相當（Malone et al.，2014），而tDCS刺激深度更高，并且側(cè)重于神經(jīng)肌肉鎮(zhèn)痛效果，對運動員恢復(fù)可能助益更多；2）NMES通過對表面肌肉的電極刺激引發(fā)肌肉收縮，提升局部肌肉血流量（Malone et al.，2014；Taylor et al.，2015），進而增加氧氣、激素和恢復(fù)營養(yǎng)供給，促進骨骼肌修復(fù)，減少炎癥發(fā)生（Wilcock et al.，2006；Barnett，2006），而 tDCS應(yīng)用于運動員疲勞恢復(fù)主要通過增加運動單位的募集數(shù)量和神經(jīng)肌肉的抑制效應(yīng)來舒緩運動員的神經(jīng)疲勞；3）不同類型疼痛研究的結(jié)果顯示，陽極刺激M1主要調(diào)控?zé)嵬春屠渫矗–sifcsak et al.，2009），陰極刺激更傾向于調(diào)節(jié)機械痛（Barwood et al.，2016）。因此，在運動員恢復(fù)過程中給予適當?shù)碾姶碳び兄诰徑饧∪馓弁?。雖然也有報道稱tDCS對疼痛（如熱痛、慢性神經(jīng)病理性疼痛及慢性炎癥疼痛）沒有顯著的緩解效果（Jesen et al.，2013；Dubois et al.，2013）。因此，未來除了進一步觀察a-tDCS對運動員肌肉疲勞恢復(fù)的即時性效果以外，應(yīng)集中研究tDCS對肌肉疲勞恢復(fù)的長時程效果。

3.6 其他方面的應(yīng)用

鑒于tDCS對注意力、記憶及信息加工處理等認知功能方面的積極效果。在需要高度注意力的射擊類項目中，增強a-tDCS對PFC和眶額皮層的刺激可提升運動員的注意加工能力及抑制注意衰減。此外，在定向越野、體操、跳水等運動項目中，對人體空間記憶能力提出高要求的同時，要求大腦處理高難度的多重任務(wù)，借助a-tDCS刺激DLPFC可顯著增強運動員的記憶能力，提高運動員的精確技術(shù)感知，提升運動員的運動表現(xiàn)。目前針對高水平運動員的研究相對較少，且樣本量較小，未來研究可針對不同項目高水平運動員的特定需求，探索不同的刺激方案來優(yōu)化干預(yù)效果。

3.7 應(yīng)用風(fēng)險

盡管普遍認為tDCS是無創(chuàng)腦部干預(yù)的重要手段，但是在使用過程中也可能會出現(xiàn)一定的風(fēng)險。tDCS應(yīng)用中容易出現(xiàn)輕度刺痛感、輕微發(fā)癢感和中度疲勞感等不良反應(yīng)，刺激后容易出現(xiàn)頭疼、惡心和失眠等癥狀。較為嚴重的應(yīng)用風(fēng)險為輕微電灼傷和誘發(fā)癲癇，電流強度過大可能是不良反應(yīng)的原因之一，但上述癥狀在休息調(diào)整后即可恢復(fù)正常。對tDCS的安全性進行更詳細的研究是用增強和擴散加權(quán)磁共振測量方法評估神經(jīng)元損傷，發(fā)現(xiàn)腦電圖未見病理波形，并且刺激后神經(jīng)心理指標無明顯惡化（Iyer et al.，2005）。在刺激強度2 mA，刺激時長20 min的方案中，7T磁共振掃描儀也沒有發(fā)現(xiàn)病理性損傷（Stagg et al.，2011）。此外，在電流敏感人群中，刺激中的皮膚感覺易受到電極形狀的影響，電極邊緣的銳利角度容易造成偏高的電流密度，易引發(fā)皮膚副作用。因此實驗中可選用圓形電極減少不良反應(yīng)發(fā)生率。綜上，不良反應(yīng)的出現(xiàn)與刺激電流、電極方案密切相關(guān)，在干預(yù)運動表現(xiàn)的基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用中，要注意避免上述因素帶來的不良反應(yīng)。

4 總結(jié)

tDCS可增強運動員和健康人群的肌肉力量、爆發(fā)力、有氧能力，提升疲勞感受閾值、延長運動員持續(xù)運動時間、改善認知能力，是塑造運動表現(xiàn)的重要手段。

tDCS干預(yù)方案的構(gòu)成要素包括：電極極性、刺激頻率、刺激時間、電流強度以及電極布局，實踐應(yīng)用中需充分考慮實驗設(shè)計、運動員狀態(tài)等影響因素，探索更加科學(xué)有效的干預(yù)模式。

抗阻訓(xùn)練結(jié)合tDCS干預(yù)可能改善不同形式的抗阻訓(xùn)練（短期抗阻訓(xùn)練、長期抗阻訓(xùn)練、同期訓(xùn)練、復(fù)合訓(xùn)練和激活后增強訓(xùn)練等）的效果，tDCS在青少年抗阻訓(xùn)練中的應(yīng)用值得關(guān)注；在耐力訓(xùn)練中應(yīng)用tDCS可提高疲勞感受閾值和運動持續(xù)性；tDCS可能對提升運動技能的習(xí)得與完善發(fā)揮積極作用；通過在正式比賽日借助tDCS進行賽前和賽中激活，可能對調(diào)控運動員比賽狀態(tài)產(chǎn)生積極影響；比賽和訓(xùn)練后借助tDCS可以舒緩神經(jīng)和肌肉疲勞，抑制肌肉疼痛，提高運動員疲勞恢復(fù)的效果。

盡管tDCS在理論上具備很大的應(yīng)用價值，但目前的實驗研究結(jié)果并不一致，亟待開展針對不同性別、年齡、項目的高水平運動員進行原創(chuàng)研究來探索應(yīng)用效果、量效關(guān)系及精準刺激方案。

tDCS在運動員和健康人群的推廣應(yīng)用中須注意以下限制性因素：個體間的差異性、運動員可能存在的“天花板”效應(yīng)及電流能否高效到達運動皮層的代表區(qū)等。

tDCS對挖掘運動員的個人極限潛力具有重要的應(yīng)用價值，考慮將tDCS納入體能訓(xùn)練的方法體系，科學(xué)及針對性的應(yīng)用于高水平運動員運動表現(xiàn)訓(xùn)練。