探索并優(yōu)化老齡人群中陽(yáng)極經(jīng)顱直流電刺激所引起的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)可塑性效果

1. 研究背景

迄今為止，已有研究證明經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）可以調(diào)節(jié)皮層可塑性，并且有望改善健康、年輕人群的認(rèn)知/運(yùn)動(dòng)功能。然而，以年輕人群為對(duì)象獲得的結(jié)論無(wú)法直接應(yīng)用于老齡人群，想要實(shí)現(xiàn)與年齡相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)和功能的改變，可能需要調(diào)整tDCS參數(shù)。本研究旨在系統(tǒng)地探討tDCS參數(shù)與運(yùn)動(dòng)皮層興奮性誘發(fā)效果之間的關(guān)系，以確定老年人群的最佳刺激方案，并探究不同年齡組老年人群運(yùn)動(dòng)皮層可塑性之間的差異。

2. 研究方法

2.1 被試

研究共有32名有效被試，其中年輕老人組16人（女性8人，平均年齡59.13 ± 4.47歲），年老老人組16人（女性8人，平均年齡73.13 ± 5.04歲）。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

對(duì)左側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層給予單脈沖TMS刺激，確定右側(cè)指展肌的代表區(qū)域，使得中等強(qiáng)度的TMS刺激能夠誘發(fā)穩(wěn)定且最大振幅的MEP。TMS刺激的基線強(qiáng)度被設(shè)定為使得MEP的平均振幅達(dá)到1mA，為了確定刺激強(qiáng)度及MEP振幅的基線，進(jìn)行了30次MEP的測(cè)量。隨后，在3種強(qiáng)度（1, 2, or 3 mA）×3種時(shí)長(zhǎng)（15, 20, or 30 min）共9種條件下施加陽(yáng)極tDCS刺激。在tDCS刺激施加后的半小時(shí)內(nèi)，每隔5分鐘記錄一次 MEP，并在之后的一個(gè)半小時(shí)內(nèi)每隔半小時(shí)進(jìn)行一次MEP的記錄。

圖1. 實(shí)驗(yàn)流程

2.3 刺激參數(shù)

單脈沖TMS刺激通過(guò)PowerMag刺激器（Mag & More, Munich, Germany）及8字型線圈施加，刺激頻率為0.25 Hz。

以5 kHz的采樣率采集右側(cè)指展肌的表面EMG。

tDCS的靶電極被以45°固定在由TMS刺激確定的右側(cè)指展肌的代表區(qū)域的中線，返回電極固定在右上眶骨部位，電極之間相隔至少6cm。除了上述9種刺激條件，還會(huì)施加偽裝刺激：除了10s的上升期和下降期，及15s強(qiáng)度為1mA的電流外，保持15min強(qiáng)度為0mA的電流刺激。

3. 研究結(jié)果

在兩個(gè)年齡組中，所有條件的刺激都導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)皮層興奮能力顯著增強(qiáng)。陽(yáng)極tDCS的促進(jìn)效果在不同年齡組之間沒(méi)有顯著差異。

在2個(gè)最高強(qiáng)度的tDCS刺激（3mA-20 min, 3mA-30 min）下，誘發(fā)的可塑性效果一直延長(zhǎng)到后期階段。

圖2. 在年輕老人/年老老人組中陽(yáng)極tDCS對(duì)運(yùn)動(dòng)皮層興奮性的早、晚、極晚期的影響（早期：0-30 min）、晚期（60-120 min）, 極晚期（當(dāng)天晚上-第二天早上）

4. 結(jié)論

本研究揭示了刺激量在tDCS刺激誘發(fā)的健康老年人群運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)神經(jīng)可塑性效果中的作用，并提供了針對(duì)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)的tDCS刺激最佳方案的關(guān)鍵信息。這些結(jié)果可能為制定最佳刺激方案奠定理論基礎(chǔ)，以恢復(fù)不同皮質(zhì)區(qū)域的神經(jīng)可塑性，并在正常老化和病理?xiàng)l件下誘導(dǎo)可長(zhǎng)期持續(xù)的功能相關(guān)可塑性。不過(guò)，未來(lái)尚需要對(duì)各個(gè)靶區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的tDCS刺激研究。

5. 文獻(xiàn)名稱及DOI號(hào)

Farnad, L., Ghasemian-Shirvan, E., Mosayebi-Samani, M., Kuo, M. F., & Nitsche, M. A. (2021). Exploring and optimizing the neuroplastic effects of anodal transcranial direct current stimulation over the primary motor cortex of older humans. Brain Stimulation, 14(3), 622-634.

Doi: 10.1016/j.brs.2021.03.013