不同頻率經(jīng)顱交流電刺激在精神疾病中的應(yīng)用*

張思源 李雪冰

不同頻率經(jīng)顱交流電刺激在精神疾病中的應(yīng)用*

張思源 李雪冰

(中國科學(xué)院心理研究所心理健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101) (中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

近年來, 研究者開始將經(jīng)顱交流電刺激技術(shù)應(yīng)用于精神疾病領(lǐng)域中, 其中, 以γ、α頻率最受關(guān)注。tACS作用于精神疾病的可能機(jī)制包括兩個(gè)方面, 直接調(diào)節(jié)異常的大腦神經(jīng)活動(dòng)和間接改善患者的認(rèn)知功能。首先, 使用特定頻率的tACS作用目標(biāo)腦區(qū), 可以調(diào)節(jié)對應(yīng)頻率的神經(jīng)振蕩和大腦功能連接, 通過作用于疾病相關(guān)的異常大腦活動(dòng), 直接改善患者的臨床癥狀。其次, 并不針對某種疾病特異受損的大腦活動(dòng), 而是用tACS激活與認(rèn)知功能相關(guān)的大腦環(huán)路, 廣泛地提高患者的注意、記憶等多種認(rèn)知功能, 進(jìn)而整體上緩解不良癥狀。目前, 使用tACS治療精神疾病這一領(lǐng)域還有一些尚未解決、值得探討的問題。tACS的作用機(jī)制研究、刺激參數(shù)和范式改進(jìn)、技術(shù)升級, 可以成為心理學(xué)、腦科學(xué)以及臨床醫(yī)學(xué)的重點(diǎn)研究方向。

經(jīng)顱交流電刺激, 精神疾病, 神經(jīng)振蕩, 認(rèn)知功能, 干預(yù)

1 引言

經(jīng)顱交流電刺激(transcranial alternating current stimulation, tACS)是一種無創(chuàng)腦刺激(non-invasive brain stimulation, NIBS)技術(shù), 通過置于頭皮的電極, 將特定頻率的低強(qiáng)度交流電作用于目標(biāo)腦區(qū), 調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)活動(dòng)。tACS因其無創(chuàng)、安全等特點(diǎn), 在醫(yī)學(xué)、心理學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

盡管tACS屬于經(jīng)顱電刺激(transcranial electrical stimulation, tES)的一種, 其作用機(jī)制與經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)并不完全相同。目前, 已有大量實(shí)證研究表明tDCS可以通過改變神經(jīng)元靜息電位的方式, 達(dá)到陽極提高皮層興奮性、陰極降低皮層興奮性的效果(Chase et al., 2020; Woods et al., 2016); 而tACS主要通過不同頻率交流電達(dá)到不同的干預(yù)效果。此外, 與tACS相比, tDCS研究報(bào)告了更多的副作用, 如頭痛、灼燒, 甚至輕躁狂和癲癇(Matsumoto & Ugawa, 2016; Antal et al., 2017)。這些副作用在已有的tACS研究中很少出現(xiàn), 僅有少數(shù)被試報(bào)告了頭皮灼燒、輕度刺痛、磷光感等短暫的不良反應(yīng)(Matsumoto & Ugawa, 2016; Antal et al., 2017)。因此, 一些研究者將興趣轉(zhuǎn)向了更為安全的tACS。

以往研究主要關(guān)注tACS對健康個(gè)體的影響, 研究發(fā)現(xiàn), tACS能夠增強(qiáng)健康個(gè)體的運(yùn)動(dòng)能力(Joundi et al., 2012), 改善感知覺、記憶等認(rèn)知功能(Strüber et al., 2014; Hoy et al., 2015)。隨著對該技術(shù)的不斷探索, 也有研究者開始關(guān)注tACS在精神疾病中的應(yīng)用, 期待tACS成為一種調(diào)節(jié)精神疾病大腦活動(dòng)異常的潛在治療手段。目前, 在許多精神疾病中能夠觀察到患者大腦神經(jīng)振蕩、腦區(qū)功能連接等異常(Ba?ar, 2013; Hinkley et al., 2011), 一些tACS干預(yù)結(jié)果顯示, 施加特定頻率的tACS (如, 10 Hz-tACS、40 Hz-tACS等)能夠直接與大腦振蕩相互作用, 調(diào)節(jié)異常振蕩, 并誘導(dǎo)腦區(qū)間功能連接缺陷恢復(fù)正常(Antal & Paulus, 2013; Clancy et al., 2018)。這提示, 通過這種與腦區(qū)振蕩相互作用的方式, tACS或可以緩解各種精神疾病的癥狀, 幫助疾病的治療。

然而, 目前tACS在精神疾病中的應(yīng)用正處于探索階段。盡管已有研究發(fā)現(xiàn)使用不同頻率tACS刺激患者大腦神經(jīng)活動(dòng)異常部位, 可以有效緩解精神分裂癥、抑郁癥、強(qiáng)迫癥等疾病的癥狀(Haller, Senner, et al., 2020; Sreeraj et al., 2020; Klimke et al., 2016), 由于臨床試驗(yàn)較少、治療方案未標(biāo)準(zhǔn)化等, tACS治療精神疾病的結(jié)果可重復(fù)性較低, 尚難以應(yīng)用于臨床治療中。一方面, 需要更多的臨床試驗(yàn)證明tACS的有效性; 另一方面, 也說明需要機(jī)制研究為臨床試驗(yàn)提供指導(dǎo)。探明tACS作用原理, 有助于更具針對性地制定治療方案, 制定統(tǒng)一的治療手冊, 將臨床試驗(yàn)成果付諸應(yīng)用和推廣。因此, tACS干預(yù)精神疾病的機(jī)制探討和研究顯得尤為重要且必要。

因此, 本文收集了截至2021年7月, PubMed上有關(guān)tACS和精神疾病的相關(guān)研究共21篇, 關(guān)鍵詞包括“tACS”、“transcranial alternating current stimulation”和“depression”、“anxiety”、“schizophrenia”、“ADHD”、“dementia”等精神疾病名稱, 擬對不同頻率tACS在精神疾病中的應(yīng)用進(jìn)行綜述, 探討交流電刺激的特色和創(chuàng)新之處。鑒于tACS干預(yù)精神疾病的作用機(jī)制尚不清楚, 本文還將針對tACS在臨床試驗(yàn)中的研究現(xiàn)狀, 結(jié)合tACS在健康被試中的研究結(jié)果, 探討tACS治療精神疾病的可能機(jī)制, 期望為tACS在精神疾病治療領(lǐng)域中的機(jī)制研究提供思路。此外, 本文還將梳理tACS領(lǐng)域尚未探明的問題和tACS技術(shù)研發(fā)進(jìn)展, 為準(zhǔn)備使用tACS的研究者提供一些參考。

2 不同頻率tACS在精神疾病中的應(yīng)用

2.1 γ-tACS的應(yīng)用

與通過陽極、陰極進(jìn)行干預(yù)的tDCS不同, 使用不同頻率電流達(dá)到不同效果是tACS最主要的特點(diǎn)。目前, γ-tACS在精神疾病中應(yīng)用最多。γ波段(約30～80 Hz)腦電活動(dòng)主要涉及認(rèn)知功能, γ活動(dòng)異常常見于各種精神疾病之中(Fitzgerald & Watson, 2018; Farzan et al., 2010; Herrmann & Demiralp, 2005)。γ-tACS主要針對各種精神疾病中的認(rèn)知受損, 使用γ-tACS刺激患者大腦神經(jīng)活動(dòng)異常部位, 在精神分裂癥、抑郁癥、癡呆等疾病中起顯著有益作用。

精神分裂癥包括陽性癥狀(如幻覺、妄想)、陰性癥狀和認(rèn)知障礙, 其中陰性癥狀和認(rèn)知能力下降往往難以通過藥物治療(Lally et al., 2016), 嚴(yán)重?fù)p害患者的日常生活質(zhì)量。精神分裂癥患者的認(rèn)知受損涉及基因表達(dá)到大腦網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方面(Millan et al., 2012), 患者通常表現(xiàn)出背外側(cè)前額葉皮質(zhì)(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)的激活減弱(前額葉功能異常) (McGuire et al., 2008; Minzenberg et al., 2009), DLPFC缺乏對γ振蕩的抑制被認(rèn)為是導(dǎo)致精神分裂癥常見癥狀的重要原因之一(Dobbs, 2010; Farzan et al, 2010)。有病例報(bào)告指出, 對有陰性癥狀的精神分裂癥患者的雙側(cè)DLPFC進(jìn)行為期10天共20次的40 Hz-tACS, 患者的視覺注意、詞匯流利度等認(rèn)知功能和抑郁情緒均得到了改善(Haller, Hasan, Padberg, Brunelin, et al., 2020; Haller, Hasan, Padberg, da Costa Lane Valiengo, et al., 2020)。作者指出, 重復(fù)γ-tACS可以調(diào)節(jié)大腦前額葉區(qū)域振蕩, 進(jìn)而改善精神分裂癥患者的陰性癥狀。然而, 另一項(xiàng)研究顯示, 使用40 Hz-tACS針對左側(cè)DLPFC進(jìn)行3次刺激治療后, 精神分裂癥患者的工作記憶水平并未得到改善(Hoy et al., 2016); 使用相同刺激方案, 健康被試的工作記憶得到了顯著提高(Hoy et al., 2015)。作者認(rèn)為, 當(dāng)患者本身缺乏產(chǎn)生或調(diào)節(jié)內(nèi)源性振蕩的能力時(shí), tACS可能無法誘導(dǎo)神經(jīng)振蕩。

γ-tACS也被應(yīng)用于與認(rèn)知受損直接相關(guān)的癡呆的治療與診斷中。最近, 有研究者發(fā)現(xiàn), 在進(jìn)行大腦訓(xùn)練的同時(shí)采用左側(cè)DLPFC的40 Hz-tACS能夠顯著提高輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment,MCI)患者的記憶力, 且接受tACS的患者較僅進(jìn)行大腦訓(xùn)練的患者能夠更久地維持認(rèn)知改善(Kehler et al., 2020)。除應(yīng)用于臨床治療中, Naro等(2016)提出γ-tACS能夠用于輔助診斷MCI和阿爾茨海默癥(Alzheimer’s disease, AD)。AD主要體現(xiàn)為認(rèn)知功能逐漸喪失(Cornutiu, 2015), 嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量, 早期鑒別具有AD潛在風(fēng)險(xiǎn)的患者十分重要。然而, 目前的鑒別方法十分復(fù)雜, 通常難以直接區(qū)分MCI、AD, 以及可能發(fā)展為AD的MCI患者(Hugo & Ganguli, 2014; Bertè et al., 2014)。研究表明, 與MCI相比, AD患者存在γ振蕩異常(Babiloni et al., 2013; Herrmann & Demiralp, 2005), 且AD和MCI患者在長距皮質(zhì)?丘腦皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中受損程度不同(Babiloni et al., 2016)。Naro等(2016)發(fā)現(xiàn), 接受背內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)(dorsomedial prefrontal cortex, DMPFC) γ-tACS后, EEG結(jié)果顯示健康被試和部分MCI患者表現(xiàn)出了顯著的γ振蕩增加, 而AD患者和少數(shù)MCI患者沒有顯著變化, 且這些沒有變化的MCI患者在兩年后發(fā)展成為AD患者。這一結(jié)果表明, AD患者可能完全缺乏調(diào)節(jié)γ振蕩的能力; γ-tACS有望成為一種有效鑒別MCI和AD, 并預(yù)測具有AD惡化傾向患者的輔助診斷方法。

除提高認(rèn)知能力以外, 研究發(fā)現(xiàn), γ-tACS也具有一定情緒效益。近期, 有研究考察雙側(cè)前額葉皮質(zhì)γ-tACS對重性抑郁障礙(major depression disorder, MDD)的治療效果。研究發(fā)現(xiàn), 重復(fù)使用40 Hz-tACS可以改善患者的抑郁癥狀和認(rèn)知任務(wù)表現(xiàn)(Haller, Senner, et al., 2020)。作者指出, γ-tACS可能會(huì)同時(shí)誘導(dǎo)其他神經(jīng)振蕩的改變, 如與情緒相關(guān)的α振蕩, 并在重復(fù)使用的情況下改變皮質(zhì)神經(jīng)可塑性(Tavakoli & Yun, 2017), 進(jìn)而改善抑郁癥患者的臨床癥狀。此外, Wilkening等(2019)首次對妊娠期抑郁癥患者使用了γ-tACS治療, 該患者接受了9次40Hz的雙側(cè)DLPFC刺激, 在治療期間至治療結(jié)束后3個(gè)月, 患者均報(bào)告了癥狀緩解和記憶等認(rèn)知功能改善。抑郁癥是妊娠期最常見的精神疾病, 許多婦女由于害怕出現(xiàn)致畸等嚴(yán)重副作用而放棄藥物治療(Kurzeck et al., 2018; Ross et al., 2013)。該案例報(bào)告表明γ-tACS可能成為治療妊娠期抑郁癥的一種安全有效的方法。

γ-tACS還被應(yīng)用于強(qiáng)迫癥(obsessive compulsive disorder, OCD)的治療之中。OCD的典型特征是反復(fù)發(fā)作的侵入性想法和沖動(dòng), 個(gè)體隨之產(chǎn)生重復(fù)的想法或行為以降低焦慮水平?，F(xiàn)有研究表明, OCD患者DLPFC活動(dòng)過低, 難以控制紋狀體和丘腦的神經(jīng)元活動(dòng), 導(dǎo)致DLPFC和眶額皮層(orbitalfrontal cortex, OFC)回路活動(dòng)失衡, 從而引起強(qiáng)迫癥癥狀(Nakao et al., 2014)。Klimke等(2016)對7名認(rèn)知行為療法(cognitive behavior therapy, CBT)無效的OCD患者使用了額?顳區(qū)域的40 Hz- tACS治療, 所有患者的癥狀均在幾個(gè)療程刺激治療后得到顯著改善。這一臨床治療結(jié)果意味著γ-tACS可能可以誘導(dǎo)DLPFC的γ活動(dòng), 并減少與過度活躍和焦慮相關(guān)的OFC活動(dòng)。

總的來說, 使用γ-tACS針對精神分裂癥、阿爾茲海默癥等精神疾病患者異常的γ活動(dòng), 將有可能幫助誘導(dǎo)γ振蕩恢復(fù)正常, 進(jìn)而提高患者的工作記憶等認(rèn)知功能。γ-tACS也可能間接誘導(dǎo)其他頻段大腦活動(dòng), 如在抑郁癥的治療中, 使用γ頻段刺激可能間接誘導(dǎo)與情緒相關(guān)的α振蕩, 表現(xiàn)出抑郁減少、焦慮降低等情緒效益。此外, 值得注意的是, 并非所有γ-tACS均能有效地緩解患者的認(rèn)知受損等癥狀, 如早期AD患者對γ-tACS并無反應(yīng)。這可能與患者本身是否具備γ振蕩調(diào)節(jié)能力相關(guān), 或許對于本身缺乏或完全失去γ振蕩調(diào)節(jié)能力的患者而言, tACS并不能幫助誘導(dǎo)大腦活動(dòng)的增強(qiáng)。γ-tACS能否調(diào)節(jié)其他頻率振蕩, γ-tACS的作用是否受患者本身疾病嚴(yán)重程度影響, 這些都將是未來γ-tACS機(jī)制探討和治療領(lǐng)域需要考慮的重要問題。

2.2 α-tACS的應(yīng)用

α振蕩是人腦靜息態(tài)、清醒時(shí)最顯著的節(jié)律性活動(dòng)。通常認(rèn)為, α振蕩(約8～12 Hz) 產(chǎn)生于丘腦?皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)(Bollimunta et al., 2011; Hughes & Crunelli, 2005), 能夠?qū)ψ⒁夂透兄X等多種認(rèn)知過程產(chǎn)生抑制作用(Foxe & Snyder, 2011; Klimesch, 2012), 并影響大腦長距靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)(resting-state networks, RSNs)間的通信, 尤其影響與情緒和覺醒過程、情緒障礙相關(guān)的默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(default mode network, DMN)和顯著網(wǎng)絡(luò)(salience network, SN) (Mantini et al., 2007; Mo et al., 2013)。目前, 使用α-tACS調(diào)節(jié)異常的α振蕩和網(wǎng)絡(luò)連接, 已被應(yīng)用于各種與感知覺受損、情緒異常相關(guān)的精神疾病治療的臨床試驗(yàn)之中。

α-tACS能夠減輕精神分裂癥患者的幻聽、妄想等陽性癥狀。已有研究發(fā)現(xiàn), 精神分裂癥與α振蕩減少直接相關(guān)(Omori et al., 1995), 患者在靜息態(tài)下額葉和顳葉間的功能連接減弱(Hinkley et al., 2011)?；加谢寐牥Y狀的患者表現(xiàn)出異常的顳頂連接(temporo-parietal junction, TPJ)和DLPFC活動(dòng)(Lawrie et al., 2002; Vercammen et al., 2010), 而妄想發(fā)生的基礎(chǔ)可能是額葉區(qū)α振蕩受損, 導(dǎo)致DMPFC異常活躍(Jia et al., 2019; Lariviere et al., 2017)。Mellin等(2018)發(fā)現(xiàn), 10 Hz-tACS作用于患者左側(cè)DLPFC和TPJ能夠降低幻聽癥狀。根據(jù)高密度腦電圖, 患者的α振蕩和額頂顳網(wǎng)絡(luò)的功能連接均得到了增強(qiáng)(Ahn et al., 2019)。Force等(2021)同樣對一名患者的左側(cè)DLPFC和TPJ進(jìn)行了為期20周的10 Hz-tACS, 從第九周開始, 該患者的幻聽持續(xù)時(shí)間減少、對幻聽的可控性提高, 且該患者報(bào)告tACS對她的認(rèn)知有積極效果。Sreeraj等(2020)采用10 Hz-tACS作用于患者的DMPFC區(qū)域, 證明了α-tACS可以減輕妄想癥狀, 同時(shí), 幻聽等其他陽性癥狀和陰性癥狀也得到了改善。上述研究結(jié)果表明, α-tACS可能通過調(diào)節(jié)異常的α振蕩和大腦網(wǎng)絡(luò)連接, 改善精神分裂癥患者的陽性癥狀。

α-tACS也被應(yīng)用于治療MDD和降低焦慮的臨床試驗(yàn)之中。MDD患者通常表現(xiàn)出左側(cè)額葉區(qū)域較高的α振蕩, 左右側(cè)α振蕩不對稱, 這主要由左側(cè)DLPFC神經(jīng)元活動(dòng)減少引起, 進(jìn)而導(dǎo)致情感處理能力減弱(Leuchter et al., 2012)。Alexander等(2019)將10 Hz-tACS作用于MDD患者雙側(cè)額葉區(qū)域, 結(jié)果顯示, 10 Hz-tACS顯著降低了患者左側(cè)前額葉區(qū)域的α振蕩, 在治療結(jié)束后兩周隨訪時(shí), 與40 Hz- tACS組和偽刺激組相比, 10 Hz- tACS組患者抑郁水平更低。主實(shí)驗(yàn)后, 在患者的要求下, 其中一名10 Hz- tACS組患者繼續(xù)接受了每周40分鐘, 為期12周的tACS治療?；颊咄瓿?2周刺激后, 病情得到緩解, 且在2周內(nèi)報(bào)告治療效果良好且持久, 但治療結(jié)束后6周病情完全復(fù)發(fā)(Riddle et al., 2020)。這意味著每周進(jìn)行雙側(cè)額葉10 Hz-tACS有望成為一種有效緩解抑郁癥狀的治療方法, 與每天進(jìn)行刺激相比更易管理、更具可行性。此外, 有研究者(Clancy et al., 2018)采用焦慮喚起的方式, 以正常被試為對象考察了α-tACS對焦慮情緒的影響。研究發(fā)現(xiàn), 針對枕頂區(qū)域的α-tACS能夠持續(xù)增強(qiáng)枕葉到額葉的α頻段連接, 且這種連接的增強(qiáng)伴隨著焦慮喚起的減少。該研究表明tACS可能具備誘導(dǎo)大腦長距連接可塑性的能力, 這將有利于治療大腦功能連接異常的精神疾病, 如創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(post-traumatic stress disorder, PTSD) (Clancy et al., 2017; Sripada et al., 2012)。

α-tACS不僅能夠增強(qiáng)局部的α頻段活動(dòng), 同時(shí)也具備增強(qiáng)大腦功能連接的能力。將α-tACS應(yīng)用于和α振蕩異常、功能連接異常密切相關(guān)的各種疾病之中, 將是一種可行的臨床治療新方法。然而, α-tACS誘導(dǎo)功能連接是否具有長期效益是目前尚未解決的問題。有研究報(bào)告刺激24小時(shí)后仍能觀察到α波段功能連接增強(qiáng)(Clancy et al., 2018), 也有研究報(bào)告停止刺激后, 病情會(huì)完全復(fù)發(fā)(Riddle et al., 2020)。因此, 通過腦成像等技術(shù)探討α- tACS的作用范圍, 考察tACS是否具備誘導(dǎo)功能連接可塑性的能力, 均是未來研究的重要方向。

2.3 其他tACS的應(yīng)用

除γ、α兩種常見刺激頻率外, 也有少數(shù)研究使用θ和δ頻段交流電進(jìn)行刺激治療。此外, 還有研究嘗試使用更高電流強(qiáng)度的15 mA交流電刺激。本部分將對這些研究進(jìn)行簡單介紹。

神經(jīng)影像學(xué)結(jié)果表明, 精神分裂癥陰性癥狀可能與前額葉皮層、中腦腹側(cè)被蓋區(qū)、海馬之間的異常功能連接有關(guān)(Sanfilipo et al., 2000; Tregellas et al., 2014), 這些區(qū)域的功能連接正是由θ振蕩(約4.5 Hz)調(diào)節(jié)(Fujisawa & Buzsáki, 2011)。在一項(xiàng)使用tACS治療氯氮平抗藥性精神分裂癥患者的案例報(bào)告中, 研究人員將電極放置于患者的雙側(cè)DLPFC, 使用4.5 Hz-tACS進(jìn)行了每次20分鐘, 共20個(gè)療程的刺激治療。結(jié)果顯示, 患者的陰性癥狀得到一定改善, 治療結(jié)束后患者的意識不清程度降低(Kallel et al., 2016)。同樣, 在提高精神疾病患者的認(rèn)知功能治療中, Sreeraj等研究者在施加θ-tACS的同時(shí), 要求被試完成n-back和面部情緒識別等認(rèn)知任務(wù)。結(jié)果顯示, θ-tACS改善了患者的工作記憶、注意力、任務(wù)處理速度和情緒處理能力, 這些效果在治療結(jié)束50天后仍持續(xù)存在(Sreeraj et al., 2019)。另有研究者對1名偏執(zhí)型精神分裂癥患者進(jìn)行了θ-tACS和γ-tACS各一個(gè)療程的治療。研究者將電極置于患者的左側(cè)DLPFC和左側(cè)后頂葉區(qū), 并要求患者在刺激的同時(shí)完成認(rèn)知任務(wù), 以考察不同頻率tACS對認(rèn)知功能的改善作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 僅有θ-tACS能夠提高患者的工作記憶水平, 而接受γ-tACS時(shí)并無顯著變化(Sreeraj et al., 2017)。θ-tACS能夠提高患者認(rèn)知水平而γ-tACS無明顯效果這一結(jié)果, 與Kallel等(2016)和Hoy等(2016)的研究相一致。

另外, 一項(xiàng)研究使用tACS調(diào)節(jié)注意缺陷多動(dòng)障礙(attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)患者的P300振幅。與健康個(gè)體相比, ADHD患者在執(zhí)行Oddball和其他相似的認(rèn)知任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出P300降低(Hasler et al., 2016; Itagaki et al., 2011)。若將事件相關(guān)電位(event-related potentials, ERPs)成分視為事件相關(guān)振蕩(event-related oscillations, EROs)的一部分, 與P300對應(yīng)的則是δ和θ頻率振蕩(Herrmann et al., 2014; Ba?ar-Eroglu et al., 1992)。Dallmer?Zerbe等研究者(2020)使用與P300振蕩峰重合的tACS干預(yù)ADHD患者, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 與偽刺激組相比, 刺激組P300振幅增加, 并伴隨更好的任務(wù)表現(xiàn)。

此外, 國內(nèi)有研究者使用15 mA、77.5 Hz- tACS治療MDD和慢性失眠(chronic insomnia)。tACS作為一種低頻率、低電流的經(jīng)顱電刺激方法, 施加電流控制在1～2 mA左右。由于這是首次在精神疾病治療中使用高強(qiáng)度電流, 且不符合一般tACS的定義, 故放在本部分“其他tACS”中介紹。已有研究顯示, 前額葉和雙側(cè)乳突的77.5 Hz- tACS可能提高腦脊液和下丘腦及其相關(guān)腦區(qū)中的神經(jīng)遞質(zhì)濃度, 如β-內(nèi)啡肽、5-羥色胺等(Lebedev et al., 2002; Zaghi et al., 2010)。其中, 5-羥色胺是影響抑郁癥的重要神經(jīng)遞質(zhì)之一(Porter et al., 2004), 也影響著慢性失眠(Morin & Benca, 2012; Riemann et al., 2015)。王紅星等人(2020)使用前額葉和雙側(cè)乳突的77.5 Hz-tACS治療MDD患者, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 與非tACS組相比, tACS能夠立刻減輕患者的抑郁程度; 盡管隨著tACS的結(jié)束, 抑郁程度有一定反彈, 但抗抑郁效果能夠維持到治療結(jié)束4周后。使用同樣的刺激方案治療慢性原發(fā)性失眠癥患者, 結(jié)果顯示, 接受tACS的患者在治療結(jié)束后和4周后的隨訪時(shí), 癥狀得到顯著緩解, 治療結(jié)束后緩解率顯著高于偽刺激組(Wang et al., 2020)。上述結(jié)果表明, 15 mA、77.5 Hz-tACS能夠有效且安全地緩解MDD和慢性失眠, 該刺激方案可能應(yīng)用于與神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)濃度異常相關(guān)的精神疾病治療之中。

3 tACS的作用機(jī)制探討

目前, tACS作用精神疾病的機(jī)制并不清楚, 探討可能的機(jī)制將有助于為臨床應(yīng)用提供參考。直接調(diào)節(jié)異常的大腦神經(jīng)活動(dòng)是tACS緩解精神疾病癥狀的可能作用機(jī)制之一。正如上文所述, 許多精神疾病癥狀與大腦異?；顒?dòng)相關(guān), 如精神分裂癥患者的幻聽癥狀與顳頂連接和DLPFC異常相關(guān), 妄想與額葉α振蕩異常相關(guān), 使用α- tACS作用于異常腦區(qū)可以直接調(diào)節(jié)異常的振蕩和連接, 減少這些癥狀的發(fā)生。同時(shí), 可以發(fā)現(xiàn)tACS具有一定認(rèn)知效益。許多研究均發(fā)現(xiàn)tACS可以增強(qiáng)患者的記憶力(Sreeraj et al., 2017; Kehler et al., 2020)、提高注意力(Dallmer-Zerbe et al., 2020; Wilkening et al. 2019)和降低負(fù)性情緒(Sreeraj et al., 2019; Sreeraj et al., 2020)。以往精神疾病的干預(yù)研究中, 工作記憶訓(xùn)練(潘東旎, 李雪冰, 2017)、正念(Bulzacka et al., 2018)等認(rèn)知訓(xùn)練已顯示出良好的效果。tACS可能具備同認(rèn)知訓(xùn)練相似的認(rèn)知效益, 通過提高患者的認(rèn)知功能改善疾病癥狀。另外, 少數(shù)研究認(rèn)為高強(qiáng)度tACS能夠促進(jìn)5-羥色胺、內(nèi)啡肽等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放, 這也是緩解疾病癥狀的可能機(jī)制。由于tACS促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)釋放的證據(jù)不足, 本節(jié)僅對前兩種可能的機(jī)制及相關(guān)問題進(jìn)行詳細(xì)探討。

3.1 調(diào)節(jié)大腦神經(jīng)活動(dòng)

tACS干預(yù)精神疾病的可能機(jī)制之一是直接誘導(dǎo)異常的神經(jīng)振蕩和大腦功能網(wǎng)絡(luò)連接恢復(fù)正常, 進(jìn)而改善精神疾病的臨床癥狀。

神經(jīng)振蕩是有節(jié)律或重復(fù)的神經(jīng)活動(dòng), 普遍存在于整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)之中(Koepsell et al., 2010; Zhang, 2011), 調(diào)節(jié)皮質(zhì)和皮質(zhì)下區(qū)域之間的遠(yuǎn)程通信(Buzsáki & Draguhn, 2004)。其中, α振蕩是大腦靜息態(tài)或清醒時(shí)最顯著的神經(jīng)振蕩。通常認(rèn)為, α振蕩產(chǎn)生于丘腦?皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)(Bollimunta et al., 2011; Hughes & Crunelli, 2005), 并通過振蕩的方式彌散到額葉區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn), 精神分裂癥與α振蕩減少直接相關(guān)(Omori et al., 1995), 抑郁癥患者存在額葉α振蕩較高、左右側(cè)不對稱(Leuchter et al., 2012)的情況。γ振蕩與信息處理的瞬時(shí)連接相關(guān)(Colgin et al., 2009), 主要產(chǎn)生于抑制性中間神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn), γ振蕩異常主要與精神疾病患者的認(rèn)知功能損壞相關(guān), 例如, AD患者存在嚴(yán)重的γ振蕩異常(Babiloni et al., 2013; Herrmann & Demiralp, 2005); 在精神分裂癥中可以發(fā)現(xiàn)DLPFC缺乏對γ振蕩的抑制, 異常活躍的γ振蕩導(dǎo)致認(rèn)知受損等常見癥狀(Dobbs, 2010; Farzan et al, 2010)。

針對前額葉的α-tACS、γ-tACS取得了良好的效果。EEG結(jié)果顯示, 10 Hz-tACS作用于精神分裂癥患者的DLPFC和TPJ, 能夠增強(qiáng)α振蕩和α頻段調(diào)節(jié)的大腦功能連接(Ahn et al., 2019); 作用于抑郁癥患者的雙側(cè)額葉, 患者左側(cè)額葉的α活動(dòng)顯著降低(Alexander et al., 2019)。Naro等人(2016)發(fā)現(xiàn), 部分MCI患者和健康被試在接受40 Hz-tACS后出現(xiàn)了γ活動(dòng)增強(qiáng)。這些研究結(jié)果均說明, 使用異常振蕩對應(yīng)頻率的tACS作用患者的大腦活動(dòng)受損部位, 可以直接誘導(dǎo)異常振蕩和大腦功能連接恢復(fù)正常。

也有研究試圖靶向θ振蕩。θ振蕩與沖突處理、抑制控制相關(guān), 在多種沖突任務(wù)中均能發(fā)現(xiàn)θ活動(dòng)的增強(qiáng)。θ振蕩發(fā)源于由內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)(medial prefrontal cortex, mPFC)覆蓋的背側(cè)前扣帶回皮質(zhì)(dorsal anterior cingulate cortex, dACC), 因此也稱為額葉中線θ (frontal midline theta, FMT)。與直接靶向前額葉皮層的α、γ振蕩不同, θ振蕩的發(fā)生部位更深, 頭皮電刺激是否能夠作用位置更深的前扣帶回皮質(zhì)(anterior cingulate cortex, ACC)是研究者關(guān)心的問題。當(dāng)前的研究主要采用額葉間接靶向ACC的刺激方案, 有研究以DLPFC為靶點(diǎn)(Lehr et al., 2019), 更多的研究直接刺激額葉中線區(qū)域(Fusco et al., 2018, 2020; van Driel et al., 2015)。Klírová等人(2021)發(fā)現(xiàn), 施加于mPFC的θ-tACS能夠通過mPFC對ACC的θ活動(dòng)進(jìn)行靶向調(diào)節(jié), 增強(qiáng)dACC的θ活動(dòng), 進(jìn)而提高Stroop任務(wù)的表現(xiàn)。因此, 作用于額葉區(qū)域的θ-tACS適用于dACC活動(dòng)異常相關(guān)的各類精神疾病, 如ACC活動(dòng)減少的精神分裂癥(Carter et al., 2001), 較高ACC活動(dòng)的OCD (Fitzgerald et al., 2005)。另外, 研究也發(fā)現(xiàn)針對額葉的θ-tACS能夠改變被試的情緒評估過程(Onoda et al., 2017), 或使被試感到更加平靜(Klírová et al., 2021)。這可能與ACC的整合功能相關(guān), 目前的理論認(rèn)為, dACC影響認(rèn)知活動(dòng), 而喙側(cè)ACC (rostral anterior cingulate cortex, rACC)與情緒加工密切相關(guān)(Bush et al., 2000)。因此, 未來也可嘗試使用θ-tACS干預(yù)ACC活動(dòng)異常導(dǎo)致情緒異常相關(guān)的精神疾病。

上述使用各種頻率刺激的研究表明, tACS不僅能夠直接作用于局部腦區(qū), 也能夠誘導(dǎo)腦區(qū)間的功能連接, 例如, 使用α頻段tACS的研究發(fā)現(xiàn), 刺激治療后不僅局部α功率增強(qiáng), 也能觀察到α頻段功能連接的增強(qiáng)(Ahn et al., 2019); 針對mPFC的θ頻段刺激能夠增強(qiáng)mPFC- ACC環(huán)路(Klírová et al., 2021)。一方面, 這些研究結(jié)果說明tACS能夠靶向異常的大腦連接; 另一方面, 也提示tACS可能通過彌散的方式對其他正常大腦活動(dòng)造成影響。視覺磷光是tACS實(shí)驗(yàn)中被試報(bào)告很多的一種不良反應(yīng), 這可能是因?yàn)榇罅康碾娏魍ㄟ^皮膚分流到眼睛, 影響視網(wǎng)膜細(xì)胞或視神經(jīng)(Kar & Krekelberg, 2012), 但也有研究者指出, 目前并沒有控制對照實(shí)驗(yàn)排除tACS對視覺皮層或其他特定皮層神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生影響(Woods et al., 2016)。由此可以推測, 靶向目標(biāo)腦區(qū)的tACS電流, 也可能通過頭皮、皮質(zhì)傳遞, 影響其他正常大腦活動(dòng)。如何精準(zhǔn)靶向異常腦區(qū)而不影響正常大腦活動(dòng)是值得探討的一個(gè)問題。

此外, 值得注意的是, 目前研究者們主要關(guān)注刺激同時(shí)或刺激結(jié)束后tACS對異常大腦活動(dòng)即刻的調(diào)節(jié)作用。盡管一些臨床試驗(yàn)采用了4周或更長時(shí)間的隨訪, 通過問卷或口頭報(bào)告記錄患者的癥狀緩解情況, 卻幾乎沒有研究考察大腦活動(dòng)的長期變化。tACS對異常腦區(qū)的調(diào)節(jié)作用是否具有長期效益, tACS能否誘導(dǎo)大腦可塑性也是一個(gè)重要問題。這關(guān)系到對tACS劑量、療程的把控, 以及將tACS納入日常治療的可行性和經(jīng)濟(jì)性。一些研究發(fā)現(xiàn), 抑郁癥患者接受tACS治療后, 抑郁癥狀和認(rèn)知水平能夠得到持續(xù)幾周甚至幾個(gè)月的改善(Alexander et al., 2019; Wilkening et al., 2019; 王紅星等, 2020); 接受θ-tACS治療的精神分裂癥患者, 在刺激結(jié)束50天后, 注意力、工作記憶水平等認(rèn)知功能提高仍持續(xù)存在(Sreeraj et al., 2019)。這些結(jié)果表明, tACS可能改變了大腦的結(jié)構(gòu)或功能, 進(jìn)而表現(xiàn)出長期的干預(yù)效果。然而, 另一些研究也發(fā)現(xiàn), tACS的治療效果可能隨時(shí)間的推移有所反彈, 甚至一些患者的癥狀完全復(fù)發(fā)(Riddle et al., 2020; Wang et al., 2020)。目前, 僅有Clancy等人(2018)的研究發(fā)現(xiàn), 刺激結(jié)束24小時(shí)后仍存在α波段功能連接的增強(qiáng), 但不再存在局部α活動(dòng)增強(qiáng), 表明tACS可能具有長期改變大腦活動(dòng)的能力。未來需要更多使用腦成像技術(shù)的研究, 清晰、直觀地觀測tACS對大腦活動(dòng)的改變是否能夠持續(xù)到治療結(jié)束后幾周或更長時(shí)間, 探討tACS的長期效益。

3.2 改善認(rèn)知功能

在許多針對健康被試的tACS實(shí)驗(yàn)中可以看到tACS的認(rèn)知效益, 這些效益同樣存在于精神疾病的干預(yù)中。tACS通過提高患者的記憶、注意力等認(rèn)知功能, 間接緩解精神疾病癥狀, 是tACS干預(yù)精神疾病的另一個(gè)可能機(jī)制。

記憶改善通常被納入tACS干預(yù)的觀測指標(biāo)之中。在很多實(shí)驗(yàn)中, 研究者加入了n-back等記憶任務(wù), 考察tACS在記憶方面的認(rèn)知效益。Sreeraj等人發(fā)現(xiàn)θ-tACS可以提高精神分裂癥患者的2-back表現(xiàn), 而γ-tACS不能(Sreeraj et al., 2019; 2017)。Hoy等人的研究發(fā)現(xiàn), γ-tACS可以提高健康被試, 卻不能提高精神分裂癥患者的工作記憶能力(Hoy et al., 2015, 2016)。Haller, Senner等人(2020)的研究發(fā)現(xiàn), γ-tACS可以提高抑郁癥患者的n-back任務(wù)表現(xiàn)。另一些研究使用韋氏記憶量表(Wechsler Memory Scale, WMS-IV)、口頭數(shù)字廣度測驗(yàn)(verbal Digit Span forward)等測量, 發(fā)現(xiàn)γ-tACS能夠提高癡呆患者的記憶力(Naro et al., 2016; Kehler et al., 2020)。上述研究表明, 針對不同疾病選擇合適的tACS頻率, 可以改善患者的記憶力。

一些研究也考察了tACS對注意力等其他認(rèn)知能力的作用。研究者使用追蹤測試(Trail Making Test A and B, TMT-A/B; Haller, Hasan, Padberg, Brunelin, et al., 2020; Haller, Senner, et al., 2020; Wilkening et al., 2019)、視覺oddball任務(wù)(visual oddball task; Dallmer-Zerbe et al., 2020)等考察患者注意力的改變, 使用Regensburg詞匯流利測試(Regensburg Word Fluency Test, RWT; Haller, Hasan,Padberg, Brunelin, et al., 2020; Haller, Senner, et al., 2020)、情緒匹配和標(biāo)記任務(wù)等測量患者的社會(huì)認(rèn)知能力。結(jié)果表明, tACS能夠顯著提高患者的注意力、語言溝通能力等各種認(rèn)知功能。

以往研究發(fā)現(xiàn), 通過各種認(rèn)知訓(xùn)練提高患者的注意、記憶、問題處理等認(rèn)知能力, 不僅能夠直接提升目標(biāo)能力, 也可以提高其他關(guān)聯(lián)能力, 進(jìn)而整體上緩解患者的臨床癥狀。例如, 快感缺乏是精神分裂癥的典型陰性癥狀, Li等人發(fā)現(xiàn), 工作記憶訓(xùn)練不僅可以提高工作記憶表現(xiàn), 也能改善快感加工過程, 提高對獎(jiǎng)賞的敏感性(Li et al., 2016); 以保持注意為主要練習(xí)對象的正念干預(yù)(Mindfulness based interventions, MBI), 不僅可以影響練習(xí)者的學(xué)習(xí)和記憶(Konjedi & Maleeh, 2020; Mrazek et al., 2013; Youngs et al., 2021), 也能有效調(diào)節(jié)抑郁癥、焦慮癥等患者的情緒反應(yīng)(Bulzacka et al., 2018)。以工作記憶訓(xùn)練為例, 神經(jīng)影像學(xué)結(jié)果顯示, 接受工作記憶訓(xùn)練的精神分裂癥患者, 表現(xiàn)出背外側(cè)前額葉、內(nèi)側(cè)前額葉、前扣帶回等區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)增強(qiáng)(Subramaniam et al., 2012, 2014); 健康被試可以觀測到頂葉和背外側(cè)前額葉等腦區(qū)的活動(dòng)改變(Lawlor-Savage & Goghari, 2014)。這些大腦活動(dòng)不僅與工作記憶相關(guān), 也與心理社會(huì)功能、注意等多種認(rèn)知功能相關(guān)。ERP結(jié)果顯示, 接受工作記憶訓(xùn)練的高焦慮個(gè)體, 在消極面孔Stroop任務(wù)中出現(xiàn)了明顯的P3振幅降低, 與負(fù)性注意偏向減少密切相關(guān)(Pan et al., 2020)?？梢园l(fā)現(xiàn), 工作記憶訓(xùn)練不僅能夠提高工作記憶, 其效益也能遷移到與注意、情緒等多種認(rèn)知功能密切相關(guān)的大腦區(qū)域, 帶來記憶增強(qiáng)、焦慮降低等多種認(rèn)知效益。

同樣, 在tACS研究中, 也可以發(fā)現(xiàn)這些大腦活動(dòng)變化。這些活動(dòng)的改變并不具備疾病特異性, 在針對健康個(gè)體的研究中也能觀察到tACS的認(rèn)知效益。例如, 雙側(cè)頂葉和右側(cè)額頂區(qū)域θ-tACS可以降低靜息態(tài)θ振蕩, 降低n-back任務(wù)中的P3潛伏期(反映更快的項(xiàng)目匹配速度) (Pahor & Jau?ovec, 2018); 針對背外側(cè)前額葉皮質(zhì)的θ-tACS可以在工作記憶任務(wù)中降低DMN等和認(rèn)知功能密切相關(guān)的大腦網(wǎng)絡(luò)功能連接(Abellaneda-Pérez et al., 2020); 前額葉α-tACS可以增強(qiáng)全腦α振蕩和額頂葉注意網(wǎng)絡(luò)活動(dòng), 使情緒面孔任務(wù)中P2和P3振幅顯著增大, 即提高早期和晚期的情緒注意水平來改善被試的負(fù)性情緒認(rèn)知偏差, 增強(qiáng)情緒加工能力(Hu et al., 2021)。由此推測, 類比于其他認(rèn)知訓(xùn)練, 一些tACS并不針對某種疾病特異受損的大腦活動(dòng), 而是通過激活或抑制記憶、注意、情緒相關(guān)的大腦環(huán)路, 廣泛地提高患者的多種認(rèn)知功能, 進(jìn)而整體上緩解不良癥狀。

4 問題與展望

目前有關(guān)tACS治療精神疾病的研究較少, 主要為案例報(bào)告。為探究tACS的治療效果和作用機(jī)制, 還需擴(kuò)大被試樣本, 進(jìn)行更多的隨機(jī)對照雙盲實(shí)驗(yàn)。此外, 無論是使用tACS的研究, 還是tACS技術(shù)本身均在探索與發(fā)展之中, 目前tACS研究領(lǐng)域尚未解決的問題和不同的tACS技術(shù)將在本部分進(jìn)行介紹和討論。探討這些問題, 將幫助更加清晰地認(rèn)識tACS。

首先, tACS的刺激參數(shù)設(shè)定并未標(biāo)準(zhǔn)化, 在本文介紹的研究中可以看到, 不同的研究采用了不同的頻率、時(shí)常、療程。在刺激頻率上, 一些研究者對所有被試采用固定的頻率對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行刺激, 如10 Hz、40 Hz等; 另一些研究者則通過采集每名被試的振蕩頻率作為每個(gè)個(gè)體的刺激頻率, 如在Clancy等人(2018)的研究中, 研究者將睜眼靜息態(tài)下各被試枕頂葉α范圍內(nèi)的峰值頻率作為刺激頻率, Sreeraj等人(2019)使用個(gè)體α振蕩峰值?5作為θ刺激頻率; 也有研究者使用變化的頻率, Naro等人(2016)在40～120 Hz頻率范圍內(nèi), 以每間隔20 Hz為一個(gè)水平施加刺激。在治療方案上, 不同研究每次刺激的時(shí)長和總刺激療程等并不一致, 尤其在于每日刺激次數(shù)和刺激時(shí)長的區(qū)別。Haller, Senner等人(2020)的研究發(fā)現(xiàn), 使用每日2次、每次10分鐘的tACS治療MDD比每日1次、每次20分鐘更有效。但目前并沒有其他研究對不同刺激方案的效果進(jìn)行對比, 這將是未來研究一個(gè)可能的關(guān)注點(diǎn)。同時(shí), 隨著tACS領(lǐng)域研究的增多, 需要根據(jù)不同的實(shí)證研究設(shè)計(jì)和結(jié)果, 制定標(biāo)準(zhǔn)化的刺激方案, 為臨床試驗(yàn)、治療提供參考。

其次, 目前tACS實(shí)驗(yàn)有使用不同的實(shí)驗(yàn)范式, 主要區(qū)別在于電刺激時(shí)被試是否處于靜息態(tài)。值得注意的是, 大部分干預(yù)研究, 僅要求在刺激時(shí)注視屏幕或觀看與任務(wù)無關(guān)的影片, 采用刺激前后測量的方法對刺激效果進(jìn)行評定, 即測量或任務(wù)與電刺激分別進(jìn)行, 但也有一些研究采用了“online”tACS (Sreeraj et al., 2019; Hoy et al., 2016)?！皁nline”tACS是一種要求被試在刺激同時(shí)完成任務(wù)的實(shí)驗(yàn)范式。有研究認(rèn)為, tACS誘導(dǎo)效果取決于大腦當(dāng)前的狀態(tài), 當(dāng)目標(biāo)大腦活動(dòng)處于激活狀態(tài)時(shí), 效果會(huì)增強(qiáng)(Feurra et al., 2013)。靜息態(tài)時(shí)α振蕩占主導(dǎo)地位, 而在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候能夠觀測到θ、γ等頻段振蕩活動(dòng)(Klimesch, 1999; Burgess & Ali, 2002)。因此, 在施加與認(rèn)知活動(dòng)密切相關(guān)的γ等頻率刺激的同時(shí), 要求被試完成認(rèn)知任務(wù), 可能會(huì)取得更好的治療效果。由于目前使用“online” tACS的研究很少, 對比分析其是否更加有效, 使用各種腦成像技術(shù)觀測“online” tACS是否存在更大的激活, 將是一個(gè)值得關(guān)注的問題。

此外, 作為一種依賴技術(shù)的干預(yù)手段, 關(guān)注技術(shù)本身發(fā)展也十分重要。目前的設(shè)備研發(fā)主要關(guān)注刺激精確度的提高, 已有研究開始使用高精度tACS (high definition tACS, HD tACS)技術(shù)。HD tACS屬于高精度經(jīng)顱電刺激(HD tES)技術(shù)的一種,已被應(yīng)用于tACS相關(guān)研究之中(Deng et al., 2019; Meier et al., 2019; Ghafoor et al., 2021)。傳統(tǒng)tACS主要根據(jù)國際腦電圖10?20電極定位系統(tǒng), 使用25～35 cm2的海綿電極片作用于目標(biāo)腦區(qū), 存在難以精確定位大腦深層結(jié)構(gòu), 影響目標(biāo)腦區(qū)周圍和相互連接結(jié)構(gòu)的問題。而HD tACS使用多導(dǎo)電極, 通過建立腦區(qū)電場強(qiáng)度分布的計(jì)算模型, 根據(jù)結(jié)構(gòu)神經(jīng)成像, 進(jìn)行多電極、個(gè)性化的刺激施加, 精確地靶向?qū)щ娦圆煌拇竽X組織(Alam et al., 2016)。研究表明, 通過多電極刺激實(shí)現(xiàn)更大的電流密度, 可以穿透更深的大腦結(jié)構(gòu), 使電刺激更具方向性和集中性(Dmochowski et al., 2011; Fernández- Corazza et al., 2016)。已有研究發(fā)現(xiàn), HD tACS與傳統(tǒng)tACS相比, 誘導(dǎo)大腦活動(dòng)改變的效果更優(yōu)(Klírová et al., 2021)。使用HD tACS將會(huì)幫助更精確地靶向精神疾病患者異常大腦活動(dòng), 而不影響其他正常腦區(qū), 且可以用于干預(yù)更深的大腦區(qū)域, 例如和認(rèn)知情緒密切相關(guān)的ACC。

能否在施加tACS的同時(shí)采集EEG, 也是目前關(guān)注的重要問題。由于施加電流會(huì)造成大量的高頻、非線性偽跡遮蓋低頻腦電活動(dòng), 研究者通常難以在刺激施加的同時(shí)觀察大腦活動(dòng)變化, 只能采用刺激前后測量EEG的方式對tACS對腦電活動(dòng)的影響進(jìn)行評估。然而, 延遲的記錄存在許多不足之處, 記錄刺激同時(shí)的大腦活動(dòng)更能直接反應(yīng)tACS的即時(shí)效果, 清晰觀察tACS的作用機(jī)制。因此, 通過算法去除施加電流的影響顯得尤為重要。關(guān)于去除tACS偽跡的技術(shù), Kasten和Herrmann (2019)已在其綜述中對目前存在的方法、理論和缺陷進(jìn)行了詳細(xì)地介紹。近期, 也有研究者提出將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于偽跡去除之中(Kohli & Casson, 2020)。關(guān)注并應(yīng)用這些方法, 將幫助更好地理解tACS的作用機(jī)制。此外, 基于刺激同時(shí)采集腦電的思想, Boyle和Fr?hlich (2013)提出了反饋tACS控制大腦皮層活動(dòng)。反饋控制tACS系統(tǒng)是一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)控腦電信號, 動(dòng)態(tài)調(diào)整并優(yōu)化刺激頻率、幅度、持續(xù)時(shí)間, 通過自適應(yīng)控制優(yōu)化算法反饋和評估刺激效果, 進(jìn)一步調(diào)整刺激參數(shù), 直至異常EEG恢復(fù)正常的腦刺激系統(tǒng)(Zhang, 2021)。這種方法不僅能更直觀地觀測到tACS在大腦活動(dòng)水平上的作用效果, 也可以更有效、更個(gè)性化地針對不同個(gè)體優(yōu)化刺激方案。使用EEG反饋控制tACS系統(tǒng), Boyle和Fr?hlich (2013)發(fā)現(xiàn), 頂枕區(qū)EEG反饋控制的40 Hz-tACS比隨機(jī)施加的40 Hz-tACS更能有效控制視覺皮層內(nèi)的α振蕩。近期, Zhang (2021)的研究也發(fā)現(xiàn), 該系統(tǒng)能夠顯著提高α頻段功率, 降低δ頻段功率, 使被試感到思維更清晰、更具創(chuàng)造力; 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn), 提前設(shè)定睡眠模式, 經(jīng)過反饋、調(diào)整、自適應(yīng)控制和優(yōu)化等一系列周期后, β波和α波得到抑制, θ波和δ波得到極大增強(qiáng), 表明該系統(tǒng)將有可能為睡眠障礙患者提供治療。將上述技術(shù)應(yīng)用于今后的研究中, 可以幫助更好理解tACS技術(shù), 并促進(jìn)其應(yīng)用于臨床治療之中。

5 總結(jié)

tACS有望成為一種安全、有效的精神疾病治療和識別方法, 具有廣泛的應(yīng)用前景。未來, 需要深入研究tACS的作用機(jī)制, 以針對性地治療各種疾病。同時(shí)也應(yīng)繼續(xù)探索不同的刺激方案和實(shí)驗(yàn)范式, 密切關(guān)注技術(shù)和設(shè)備的升級, 將更高效、更具個(gè)性化的tACS技術(shù)應(yīng)用于心理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究中。

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The application of different frequencies of transcranial alternating current stimulation in mental disorders

ZHANG Siyuan, LI Xuebing

(Key Laboratory of Mental Health, Institute of Psychology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

In these years, researchers have begun to apply transcranial alternating current stimulation to the field of mental disorders. Especially, the gamma- and alpha-band frequencies are attracting the most attention.The underlying mechanisms of the effects of tACS on mental disorders might be directly modulating abnormal brain neural activities and indirectly improving cognitive functions of patients’. First, neuroimaging studies have shown that a specific frequency tACS targeting specific brain region could modulate the nerve oscillations of corresponding frequency and brain functional connections, which directly reducing clinical symptoms of patients. Second, instead of targeting the specific damaged brain activity in mental diseases, the tACS is used to activate neural circuits associated to cognitive functions, so as to improve the attention, memory and other cognitive functions, thus alleviating adverse symptoms indirectly. At present, there are still some unsolved problems in the application of tACS. The mechanism of its effects, the improvement of stimulus parameters and paradigms, and the enhancement of technique upgrading may become the key direction of future study.

transcranial alternating current stimulation, psychiatric disorders, neural oscillation, cognitive function, intervention

B845

2021-10-01

*中國科學(xué)院心理服務(wù)工程實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(KFJ-PTXM-29)。

李雪冰, E-mail: lixb@psych.ac.cn