徐思佳

摘 要：完美的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)離不開(kāi)機(jī)體良好的反應(yīng)認(rèn)知功能，經(jīng)顱直流電刺激作為一種先進(jìn)的干預(yù)手段可以通過(guò)調(diào)節(jié)大腦皮層興奮性、增加突觸可塑性影響認(rèn)知能力。因此探究經(jīng)顱直流電刺激對(duì)反應(yīng)認(rèn)知能力的影響尤為重要。通過(guò)搜集國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)回顧、歸納，研究旨在總結(jié)經(jīng)顱直流電刺激的科學(xué)原理、特點(diǎn)、并重點(diǎn)探討經(jīng)顱直流電刺激反應(yīng)認(rèn)知能力的影響，用于探尋更多提高反應(yīng)認(rèn)知能力的方法，為探討運(yùn)動(dòng)經(jīng)顱直流電刺激改善反應(yīng)認(rèn)知能力提供新方法和新視角。

關(guān)鍵詞：經(jīng)顱直流電刺激;認(rèn)知

良好的反應(yīng)認(rèn)知能力是取得優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績(jī)的先決條件，在一定程度上決定運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技能力，尤其是短跑、擊劍以及乒乓球、羽毛球、籃球、排球等球類項(xiàng)目，都需要較強(qiáng)的反應(yīng)認(rèn)知能力。因此，充分挖掘運(yùn)動(dòng)員反應(yīng)能力的潛能是提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和競(jìng)技能力的迫切需要。但是單純傳統(tǒng)抗阻訓(xùn)練對(duì)于反應(yīng)認(rèn)知能力的提升有限，因此需要運(yùn)用科技助力的手段充分挖掘。近幾年，腦科學(xué)在體育領(lǐng)域應(yīng)用及研究較為廣泛，經(jīng)顱直流電刺激作為國(guó)際上先進(jìn)的腦科學(xué)新手段，它在運(yùn)動(dòng)認(rèn)知領(lǐng)域的應(yīng)用成為全球研究的熱點(diǎn)。經(jīng)顱直流電刺激最早應(yīng)用于神經(jīng)與康復(fù)領(lǐng)域，此后作為一項(xiàng)新興技術(shù)在競(jìng)技體育領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)，國(guó)外對(duì)此技術(shù)應(yīng)用于體育領(lǐng)域的研究早于國(guó)內(nèi)，且已經(jīng)初步形成一定研究成果。本研究對(duì)經(jīng)顱直流電刺激在運(yùn)動(dòng)能力和反應(yīng)認(rèn)知領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）

tDCS是一種非侵入性的、利用恒定、低強(qiáng)度電流（0-2mA）調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)，其基本機(jī)制有以下幾點(diǎn)：第一是在皮層附近放置陽(yáng)極電極刺激（anodal tDCS，a-tDCS）導(dǎo)致神經(jīng)元膜電位去極化，增加神經(jīng)興奮性和可塑性，而放置陰極電極刺激（cathodal tDCS，c-tDCS）使神經(jīng)元膜電位超極化從而產(chǎn)生相反的結(jié)果;第二是可以引起突觸可塑性，造成長(zhǎng)時(shí)程抑制（LDP）或長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）的效果;除了改變大腦皮層興奮性和增加突觸可塑性之外，國(guó)內(nèi)卞秀玲等人[1]還總結(jié)了tDCS其他兩個(gè)作用機(jī)制，分別是改變局部腦血流和調(diào)節(jié)局部皮層和大腦網(wǎng)絡(luò)連接。tDCS技術(shù)由于其便攜、使用簡(jiǎn)單、安全、耐受性好和經(jīng)濟(jì)性的原因受到廣泛關(guān)注，多種參數(shù)影響tDCS的效果，如刺激區(qū)域、刺激電流大小、刺激時(shí)間和刺激極性等。

2 認(rèn)知以及認(rèn)知的測(cè)試方法

認(rèn)知是認(rèn)識(shí)過(guò)程的產(chǎn)物，是指人腦加工、存儲(chǔ)和提取信息的能力，是人們獲得或應(yīng)用知識(shí)或?qū)庸ね饨缧畔⒋碳さ倪^(guò)程，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即我們一般所講的智力，如觀察力、記憶力、想象力等。認(rèn)知能力與認(rèn)識(shí)過(guò)程包括對(duì)客觀事物的感知（感覺(jué)、知覺(jué)）、思維（想象、聯(lián)想、思考）密切相關(guān)，作為信息加工認(rèn)知心理學(xué)的用語(yǔ)，指?jìng)€(gè)體接受、編碼、貯存、提取和使用信息的過(guò)程）、記憶系統(tǒng)（信息編碼、貯存和提?。?、控制系統(tǒng)（監(jiān)督執(zhí)行決定）、反應(yīng)系統(tǒng)（控制信息輸出）等4種成分構(gòu)成的模式。科學(xué)合理的認(rèn)知功能的測(cè)試方法是探究認(rèn)知能力的關(guān)鍵一步，常見(jiàn)的認(rèn)知功能測(cè)試方法有心理測(cè)試、近紅外光譜腦成像技術(shù)以及腦電技術(shù)等。

3 經(jīng)顱直流電刺激對(duì)反應(yīng)認(rèn)知能力的影響

tDCS作為一種非侵入性的調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)為認(rèn)知功能研究提供一種新的檢測(cè)手段。經(jīng)顱直流電刺激作為先進(jìn)的干預(yù)手段，是一種非侵入性技術(shù)，利用恒定、低強(qiáng)度電流（0-2mA）調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元活動(dòng)，造成長(zhǎng)時(shí)程抑制（LDP）或長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）的效果，從而改變大腦皮層興奮性和增加突觸可塑性，tDCS其他兩個(gè)作用機(jī)制分別是改變局部腦血流和調(diào)節(jié)局部皮層與大腦網(wǎng)絡(luò)連接。經(jīng)顱直流電刺激最早應(yīng)用于神經(jīng)與康復(fù)領(lǐng)域，而后由于其便攜、使用簡(jiǎn)單、安全、耐受性好和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注成為競(jìng)技運(yùn)動(dòng)方面的研究熱點(diǎn)。近幾年，腦科學(xué)研究成為體育領(lǐng)域應(yīng)用的熱點(diǎn)，已有研究結(jié)果顯示，tDCS可以對(duì)力量、疲勞感受閾值、神經(jīng)肌肉疲勞等方面有增強(qiáng)和改善作用。以下專門(mén)針對(duì)經(jīng)顱直流電刺激對(duì)反應(yīng)認(rèn)知能力的影響展開(kāi)探討。

Laura Dubreuil-Valla[2]等人研究發(fā)現(xiàn)與針對(duì)右側(cè)DLPFC的假或陽(yáng)極 tDCS 后的非顯著變化相比，針對(duì)左側(cè)DLPFC的陽(yáng)極tDCS會(huì)導(dǎo)致不一致試驗(yàn)中的反應(yīng)時(shí)間顯著降低，盡管準(zhǔn)確性在統(tǒng)計(jì)學(xué)上沒(méi)有顯著變化，但仍然值得肯定和注意的是，tDCS對(duì)反應(yīng)時(shí)間和準(zhǔn)確性的影響之間沒(méi)有權(quán)衡，即左側(cè)刺激后反應(yīng)時(shí)間得到顯著降低，但不以犧牲準(zhǔn)確性為代價(jià)。

Sarah Garcia[3]等人研究發(fā)現(xiàn)LDLPFC的陽(yáng)極和陰極刺激會(huì)減少自我報(bào)告的焦慮，陽(yáng)極刺激尤其是可以增強(qiáng)焦慮等級(jí)較高的人的執(zhí)行功能。

此外在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極tDCS顯著提高了參與者的信息處理能力。比如J. Nelson等人為了探究tDCS對(duì)在高認(rèn)知負(fù)荷環(huán)境中的認(rèn)知能力，展開(kāi)了針對(duì)經(jīng)顱直流電刺激對(duì)多任務(wù)處理能力的影響研究，發(fā)現(xiàn)與假tDCS相比，陽(yáng)極tDCS顯著提高了參與者的信息處理能力，從而提高了反應(yīng)認(rèn)知性能。例如，假tDCS組的多任務(wù)吞吐能力在較高的波特輸入（2.0位/ s）時(shí)接近1.0位/秒，而陽(yáng)極tDCS組接近1.3位/秒。這個(gè)研究結(jié)果為證明tDCS具有增強(qiáng)操作員多任務(wù)處理能力提供了新的證據(jù)，為了進(jìn)一步研究確定經(jīng)顱直流電刺激對(duì)多任務(wù)處理性能的增強(qiáng)作用提供重要依據(jù)，此后在外科手術(shù)中，利用經(jīng)顱直流電刺激增強(qiáng)腹腔鏡技術(shù)技能培訓(xùn)，或者是增強(qiáng)了手術(shù)技能的學(xué)習(xí)等逐漸成為一種趨勢(shì)。并且tDCS和fNIRS的結(jié)合正在成為一種研究神經(jīng)調(diào)節(jié)及其對(duì)皮層功能影響的日益流行和有希望的技術(shù)。Brian A[4]等人研究發(fā)現(xiàn)利用經(jīng)顱直流電刺激可以增強(qiáng)健康成年人的注意力，學(xué)習(xí)能力和3種記憶力。

tDCS可能對(duì)運(yùn)動(dòng)抑制學(xué)習(xí)過(guò)程具有長(zhǎng)期調(diào)節(jié)作用，分析顯示陽(yáng)極tDCS對(duì)提高認(rèn)知任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間和準(zhǔn)確性有很小的顯著影響，通常，參與者在主動(dòng)刺激后反應(yīng)更快、更準(zhǔn)確。

在Josefien Dedoncker[5]等人對(duì)188項(xiàng)試驗(yàn)的評(píng)估表明，在健康參與者和神經(jīng)精神病患者的樣本中，陽(yáng)極與假tDCS顯著縮短了響應(yīng)時(shí)間并提高了準(zhǔn)確性，特別是對(duì)于執(zhí)行功能任務(wù)，薈萃分析中包含的研究中使用的認(rèn)知任務(wù)分為三類：記憶、注意力和執(zhí)行功能。這種分類的目的是試圖減少數(shù)據(jù)的異質(zhì)性并減少錯(cuò)誤。陽(yáng)極與假tDCS影響了所有三個(gè)類別的認(rèn)知任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間和準(zhǔn)確性。更具體的分析表明，陽(yáng)極tDCS僅在執(zhí)行功能任務(wù)中降低了反應(yīng)時(shí)間并增加了正確反應(yīng)的百分比。在其他兩個(gè)認(rèn)知任務(wù)類別（注意力和記憶力）中，認(rèn)知功能不受陽(yáng)極tDCS的影響。

Marian E與Berryhill[6]等人單次陽(yáng)極tDCS在健康和神經(jīng)精神病學(xué)人群中最常應(yīng)用于DLPFC的認(rèn)知影響。在健康人群中，認(rèn)知任務(wù)通常在刺激期間“在線”進(jìn)行。在臨床人群中，情況不太一致。使用的各種研究方法使這些發(fā)現(xiàn)難以概括。 保守地說(shuō)，單個(gè)陽(yáng)極tDCS會(huì)話可以適度和暫時(shí)地有益于認(rèn)知表現(xiàn)。新出現(xiàn)的結(jié)果表明，參與者之間存在不同的行為影響模式，因此部分參與者可能表現(xiàn)出認(rèn)知益處，而其他參與者則沒(méi)有任何影響或損害。

根據(jù)Josefien Dedoncker[8]等人的薈萃分析研究發(fā)現(xiàn)健康參與者在針對(duì)DLPFC區(qū)域的單次a-tDCS 后對(duì)認(rèn)知任務(wù)的反應(yīng)明顯更快，但不是更準(zhǔn)確。然而，其他薈萃分析顯示了提高準(zhǔn)確性的趨勢(shì)，或者顯示 a-tDCS 對(duì)認(rèn)知沒(méi)有影響。對(duì)于這一現(xiàn)象，一些方法學(xué)上的差異可以解釋這些不一致的發(fā)現(xiàn)。

Maike Splittgerber[7]指出應(yīng)用于左背外側(cè)前額葉皮層的陽(yáng)極經(jīng)顱直流電刺激可以對(duì)工作記憶（WM）表現(xiàn)和相關(guān)的神經(jīng)生理活動(dòng)產(chǎn)生顯著影響。然而，先前研究的結(jié)果不一致，有時(shí)甚至相互矛盾。這種不一致可能都可以歸因于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的方法和個(gè)體差異。

4總結(jié)與展望

運(yùn)動(dòng)與腦科學(xué)是21世紀(jì)運(yùn)動(dòng)科學(xué)研究的重點(diǎn)方向之一，本研究將經(jīng)顱直流電刺激對(duì)反應(yīng)認(rèn)知能力的影響的期刊文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。雖然tDCS作為一項(xiàng)新興的科技應(yīng)用到體育領(lǐng)域的時(shí)間不長(zhǎng)，但是在運(yùn)動(dòng)認(rèn)知領(lǐng)域中的價(jià)值可見(jiàn)一斑。比如針對(duì)DLPFC區(qū)域的陽(yáng)極tDCS可以有效提升提高受試者的反應(yīng)正確率或者是降低反應(yīng)時(shí)間，并且有效提高對(duì)多任務(wù)處理的能力，以及改善情緒和緩解焦慮等。

但是目前國(guó)內(nèi)外研究對(duì)單次tDCS是否可以提高受試者的反應(yīng)認(rèn)知能力有著不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，且雖然他們已經(jīng)對(duì)相關(guān)刺激參數(shù)（如刺激區(qū)域、刺激強(qiáng)度、刺激時(shí)間）有了相對(duì)的統(tǒng)一，但還存在著研究對(duì)象范圍單一，較少考慮受試者的個(gè)體差異性（解剖變異、局部回路的組織、基礎(chǔ)功能水平、心理狀態(tài)、神經(jīng)遞質(zhì)水平和受體敏感性、基線神經(jīng)生理狀態(tài)和遺傳學(xué)）等方面問(wèn)題。因?yàn)檠芯拷Y(jié)果不一，這仍然需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證。特別是需要采用更多不同tDCS參數(shù)（如刺激區(qū)域、刺激強(qiáng)度、刺激時(shí)間等）設(shè)置。此外，除了考慮陽(yáng)極電極放置位置還要注意返回電極的位置，因?yàn)榧词箤㈥?yáng)極電極放置在相同的解剖位置上，返回電極位置的變化也可能引起電流路徑或電流密度集中的變化，從而影響tDCS的可能效果[8]。個(gè)體差異性也是不容忽視的因素。有研究總結(jié)了與tDCS反應(yīng)個(gè)體間差異相關(guān)的幾個(gè)因素，包括解剖變異、局部回路的組織、基礎(chǔ)功能水平、心理狀態(tài)、神經(jīng)遞質(zhì)水平和受體敏感性、基線神經(jīng)生理狀態(tài)和遺傳學(xué)等方面[9-11]。

因此未來(lái)的研究在注重tDCS對(duì)不同反應(yīng)認(rèn)知能力影響的同時(shí)還需要注意tDCS參數(shù)差異和個(gè)體差異，這都可能會(huì)導(dǎo)致不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]卞秀玲， 王雅娜， 王開(kāi)元， et al. 經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)及其在提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)中的應(yīng)用 [J]. 體育科學(xué)， 2018， 38（05）： 66-72.

[2]Hughes LE， Rittman T， Regenthal R， Robbins TW， Rowe JB. Improving response inhibition systems in frontotemporal dementia with citalopram. Brain. 2015 Jul;138（Pt 7）：1961-75. doi： 10.1093/brain/awv133. Epub 2015 May 21. PMID： 26001387; PMCID： 5412666.

[3]Garcia S， Nalven M， Ault A， Eskenazi MA. tDCS as a treatment for anxiety and related cognitive deficits. Int J Psychophysiol. 2020 Dec;158：172-177. doi： 10.1016/j.ijpsycho.2020.10.006. Epub 2020 Oct 28. PMID： 33129848.

[4]Pennell A， Yee N， Conforti C， Yau K， Brian A. Standing Long Jump Performance in Youth with Visual Impairments： A Multidimensional Examination. Int J Environ Res Public Health. 2021 Sep 16;18（18）：9742. doi： 10.3390/ijerph18189742. PMID： 34574667; PMCID： PMC8468760.

[5]Dedoncker J， Brunoni AR， Baeken C， Vanderhasselt MA. A Systematic Review and Meta-Analysis of the Effects of Transcranial Direct Current Stimulation （tDCS） Over the Dorsolateral Prefrontal Co反應(yīng)時(shí)間ex in Healthy and Neuropsychiatric Samples： Influence of Stimulation Parameters. Brain Stimul. 2016 Jul-Aug;9（4）：501-17. doi： 10.1016/j.brs.2016.04.006. Epub 2016 Apr 12. PMID： 27160468.

[6]Berryhill ME， Martin D. Cognitive Effects of Transcranial Direct Current Stimulation in Healthy and Clinical Populations： An Overview. J ECT. 2018 Sep;34（3）：e25-e35. doi： 10.1097/YCT.0000000000000534. PMID： 30095685.

[7]BIKSON M， DATTA A， RAHMAN A. Electrode montages for tDCS and weak transcranial electrical stimulation： Role of “return” electrode’s position and size [J]. Clinical Neurophysiology， 2010， 121（12）：

[8]BIKSON M， DATTA A， RAHMAN A. Electrode montages for tDCS and weak transcranial electrical stimulation： Role of “return” electrode’s position and size [J]. Clinical Neurophysiology， 2010， 121（12）：

[9]LI L M， UEHARA K， HANAKAWA T. The contribution of interindividual factors to variability of response in transcranial direct current stimulation studies [J]. Frontiers in cellular neuroscience， 2015， 9（181.

[10]DATTA A. Inter-individual variation during transcranial direct current stimulation and normalization of dose using MRI-derived computational models [J]. Frontiers in psychiatry， 2012， 3（91.

[11]FRITSCH B， REIS J， MARTINOWICH K， et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity： potential implications for motor learning [J]. Neuron， 2010， 66（2）： 198-204.

課題信息：本文系江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃資助，編號(hào)： SJCX21_0898