不同参数经颅交流电刺激对闭眼静息态大脑振荡的调制作用

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神经振荡活动是大脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面产生的自发性、节律性电活动。同时,人类大脑静息态的振荡活动被视为大脑内部状态的指标,已经越来越多地受到神经科学家的重视。近十几年来在脑科学研究领域,越来越多的科学家和研究学者将经颅交流电刺激(tACS)作为一种重要的非侵入性脑刺激(NIBS)技术来干扰大脑的神经活动,试图通过这种技术手段探讨大脑活动与认知过程的因果关系。然而,与较长电刺激持续时间(10分钟以上)的tACS那些丰富的大量的研究状况不同,针对较短刺激时间(1分钟以内)的tACS的研究严重不足,这里考虑到,一旦短时tACS具有与长时tACS相当的作用后效,那么其便捷性必然使其处于被优先选择应用的地位,因此针对短时tACS的效果研究是本次研究着力探索的首要目的。与此同时,较长刺激时间的alpha-tACS研究缺乏10Hz与个体alpha频率(IAF)这两种同频段不同刺激频率水平之间的比较。通过两个实验,作者提供了 tACS与静息态神经振荡之间因果关系的一些新的证据。实验一突破性地设计了一种全新的短时刺激方案,通过对大脑静息态施加不同频段不同频率水平的短时tACS来实现对静息态神经振荡的不同调控作用。通过对闭眼静息状态的被试左侧额顶区域的F3和P3点位分别施加刺激时长为10s的不同频段中不同频率水平(1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、40Hz和80Hz)的tACS后,结果发现,在闭眼静息态下,10Hz-tACS抑制了 alpha波段的神经振荡,除beta波段振荡在顶叶靠近枕叶区域得到了显著抑制并在右前额部分区域得到了显著增强外,其他波段振荡均在其他频率的tACS的调控作用下达到了部分区域显著增强的效果。实验二考察了长时10Hz与IAF两种水平的tACS的效果。同为闭眼静息状态,刺激区域和强度同实验一,但是刺激时长为15分钟,刺激频率分别为10Hz和个体alpha频率(IAF),结果表明,10Hz-tACS在大脑右侧部分区域对delta、beta和gamma振荡有显著增强作用,却在右侧顶叶靠近枕叶的小部分区域(P4、PO4之间)显示出对alpha振荡有显著的抑制作用。IAF-tACS则对gamma振荡以外的其他振荡在不同脑区都表现出了显著的抑制作用,尤其对alpha振荡产生了一种几近全脑覆盖的抑制。此外,作者还将两者对alpha振荡产生抑制的重叠区域(P4、PO4之间)进行了抑制程度的比较,结果表明,两者的抑制程度没有显著差别。综合两个实验结果表明:短时tACS对于调控静息态大脑活动效果不仅有效而且便捷,从一定程度上体现了该技术的潜力;其次,10Hz-tACS与IAF-tACS 针对静息态 alpha 振荡,后者表现出 更积极 的抑制 效果;此外,左侧大脑F3、P3两个点位进行tACS是值得鼓励的刺激靶点。
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