Cortex|经颅直流电刺激调节离线视觉振荡活动：脑磁图研究

摘 要

本次研究的目的是量化经颅直流电刺激引起的视觉处理振荡动力学方面的变化。为此，作者采用枕额电极配置进行了有效或假的经颅直流电刺激，然后在视觉诱导任务期间离线记录脑磁图（MEG）。利用波束成形技术在时频域对显著的振荡反应进行成像，并评估经颅直流电刺激对绝对功率和相对功率的影响。结果显示，在阳极经颅直流电刺激后，枕叶皮质的基础阿尔法水平显著升高，而且相较于假刺激，在刺激闪烁频率的二次谐波处枕叶同步性降低。此外，作者发现，在进行有效经颅直流电刺激后，阴极附近的大脑区域（例如，右侧额下回）功率降低，而假刺激组中则没有这种情况。

方 法

35名健康参与者（16 女）阳极位于OZ上 2.5%的位置。阴极位于Fp2 外侧约7.5% 处。使用 5×7 厘米的电极片。在观看动画电影的同时接受20分钟，2mA的直流电刺激。在刺激结束后，进行MEG记录。在进行MEG记录时，被试保持静止状态，注视一个以15Hz闪烁的白色小圆点，背景为黑色。时间为9分钟。

结 果

视觉闪烁刺激导致在基频（15 赫兹）、二次谐波（30 赫兹）、三次谐波（45 赫兹）以及五次谐波（75 赫兹）处产生诱导效应。从0.2 秒到2.1 秒还出现了显著的阿尔法（10 - 13 赫兹）和贝塔（17 - 22 赫兹）去同步（事件相关去同步，ERD）反应。

图1视觉诱导过程中的群平均时频谱（a）阿尔法事件相关去同步（ERD）、（b) 基频、（c）贝塔事件相关去同步（ERD）、（d)二次谐波，(e) 三次谐波、以及(f) 五次谐波。

实验组和对照组在双侧内侧枕叶皮质的基频、二次谐波、三次谐波以及五次谐波频率处均出现了显著的事件相关同步（ERS）反应。但是只有二次谐波（30 赫兹）呈现出组间差异，有效刺激组相较于假刺激组的反应显著减弱。

图2.α和基频下枕骨反应的空间关系

图3.tDCS对二次谐波ERS响应的影响

从下图（绝对功率展示图）中可以明显看出，有效刺激组无论是在左侧枕叶皮质还是右侧枕叶皮质，其基础阿尔法功率（即未考虑任务诱导情况下的基础状态下的功率）相较于假刺激组都显著更强（经校正后p <.001）。尽管有效刺激组的基础阿尔法功率增加了，但观察左图（相对功率展示图）会发现，在相对于基线来考量任务诱导产生的振荡阿尔法反应时，两组之间并没有因基础阿尔法功率的差异而出现不同的变化趋势，也就是有效刺激并没有改变任务刺激对大脑活动所诱导出的阿尔法反应模式。

图4.α视觉反应的绝对和相对时间演变

讨 论

本研究首次表明枕叶的tDCS 在离线视觉诱导任务期间能显著调节神经振荡活动。作者发现阳极刺激增加了枕叶皮质内的基础阿尔法功率，但这种增加并未显著影响振荡的阿尔法反应。此外，作者发现与假刺激组相比，有效刺激组在闪烁频率的谐波处神经诱导效应显著降低，并且有效刺激组在靠近阴极的右侧额下回（IFG）出现了显著的事件相关去同步（ERD）反应，而假刺激组则没有。综合来看，有可能枕叶皮质的阳极tDCS 导致自发阿尔法活动增加，这可能会干扰神经元群体对闪烁频率的诱导同步。这些结果也凸显了仔细考虑不同电极配置对全脑动力学影响的重要性。本研究的局限包括在视觉刺激期间没有对注意力的测量进行量化，以及两组都缺乏基线（刺激前）活动情况。这两项测量都将有助于阐明有效tDCS 对视觉振荡活动的机制和功能作用，未来的研究应解决这些问题。