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fnirs研究显示:多靶点比单靶点hd-tdcs刺激更能改善反应抑制

  • 发布日期:2023-09-28
  • 阅读量:141
  • 来源:依瑞德集团

反应抑制(response inhibition)是指抑制不当或不相关反应的能力,从而使人对环境的变化做出灵活的、目标导向的行为反应。它在日常活动中起着重要作用,如驾驶员停下来以避免撞到行人。反应抑制与决策、工作记忆和冲动控制等密切相关,同时也与一些精神疾病有关。 


目前,对于反应抑制的研究中,经颅直流电刺激(tdcs)已被广泛应用,但常规tdcs使用较多,使用高精度tdcs(hd-tdcs)的研究较少,且关于选择右额下回(rifg)或前辅助运动区(pre-sma)作为刺激靶点哪个更有效的问题仍未得出定论。此外,多靶点阳极刺激对大脑区域的影响也尚未有详细研究。


一项发表在《frontiers in neuroscience》上的研究进行了一项随机、单盲对照实验,利用近红外脑功能成像技术(fnirs)探索了多靶点阳极hd-tdcs对反应抑制的影响,并与只刺激rifg或pre-sma的单靶点阳极hd-tdcs效果进行了比较[1]


一、实验详情
92名健康大学生,随机分为多靶点阳极hd-tdcs(rifg pre-sma)组、单靶点阳极hd-tdcs(rifg)组、单靶点阳极hd-tdcs(pre-sma)组和伪刺激组。具体分组情况及实验流程如下图(伪刺激组1名患者任务期错误率过高未纳入分析):

图1 研究设计示意图


hd-tdcs刺激参考10-10脑电定位系统确定电极位置,使用软件绘制相应的电流和电场分布图。hd-tdcs相关参数如图2和表1:


图2 (a)模拟hd-tdcs阳极刺激rifg pre-sma(上)、rif(中)、pre-sma(下)的电流方向和电场分布图;

(b)电流大小与时间关系示意图,上为真刺激(单靶点电流大小为1.25ma,多靶点电流大小为2.5ma),

下为伪刺激(电流大小为1.25ma或2.5ma)


表1 根据国际10-10系统,每个电极的位置和电流强度(ma)



停止信号任务(sst)

用来研究反应抑制,参与者按键盘上“f”以响应向左的箭头,按”j”以响应向右的箭头,当箭头上出现红色小方块(停止信号延迟时间,ssd)不按键盘。ssd从250 ms开始,并通过程序(抑制成功增加ssd/抑制失败减少ssd,ssd范围=0-1250 ms)动态调整,以确保每个参与者50%的概率成功抑制。计算停止信号反应时间(ssrt)来估计抑制过程的潜伏期,ssrt越短说明被试反应抑制能力越强。除了ssrt之外,还计算停止实验正确率、正确进行实验的反应时间(gort)。


go/no-go(gng)任务

旨在诱导反应抑制,go和no-go block交替(每个block包含12次实验),每个block间隔30秒。受试者在看到数字1、2、4时按下字母”j”,看到数字3时停止反应。go block中都需要按下字母”j”。除了gort和nogo准确性外,还计算了逆效率评分(ies),ies=gort/正确率,正确率指go/no-go的正确次数除以总实验次数。


在hd-tdcs干预前后进行测试,具体的任务流程如下图:

图3 行为任务程序的详细信息

(a)sst任务;(b)gng的block设计示意图,a=指令,b=提示,c=休息,d=go block,e=no-go block;(c) gng任务


fnirs检测

仅在gng任务期间使用fnirs系统测量氧合血红蛋白(hbo)和脱氧血红蛋白(hbr)浓度变化。11个发射光源和11个接收器共组成34导,覆盖pre-sma和 rifg区域。fnirs通道排布如下图:

图4 fnirs通道布局(a)红圆=光源,蓝圆=探测器,白色方形=通道。

通道1位于cz处,并且探针集的最上边缘(即通道1-3)与cz-oz重叠。

(b)渲染大脑上通道的空间配准。(c)光源位置的不同视图。


根据基线ssrt的中位数进行分割,将参与者分为高性能(hp)亚组和低性能(lp)亚组进行分析。


二、结果

1、多靶点刺激组治疗后ssrt相对于基线显著缩短;rifg、pre-sma或伪刺激组干预前后ssrt变化无统计学差异(图5a);
2、多靶点hd-tdcs组中两个亚组的ssrt均显著缩短,而rifg组仅低性能亚组ssrt显著缩短(图5b);
3、只有多靶点hd-tdcs组治疗前后pre-sma脑区hbo浓度变化显著降低(图5c)。

图5 hd-tdcs对测量结果影响的箱线图

(a)各组在sst任务中的行为表现。

(b)对sst任务行为表现进一步分析发现,rifg组(上)和伪刺激组(下)的亚组与时间之间的交互作用显著。hp,高性能亚组;lp,低性能亚组。

(c)干预前后pre-sma的hbo浓度变化。∗p<0.05,∗∗p<0.01,和∗∗∗p<0.001。


三、结论

该项fnirs研究初步证明与常用的单靶点刺激相比,多靶点hd-tdcs是增强反应抑制的一种有效途径。


四、讨论

单靶点hd-tdcs刺激pre-sma未对反应抑制产生统计学效应,与之前的一些研究结果相矛盾,可能是研究中使用的参数不同。


先前的研究采用传统的tdcs,电极片面积16-35c㎡,空间分辨率低,可能影响到与反应抑制相关的其他脑区。该研究中采用直径1.2cm的hd-tdcs电极,一个中心阳极周围等距围绕四个回路电极,相对于传统的tdcs具有更高的空间精度。因此,hd-tdcs使脑刺激与相关行为变化的因果关系更具有说服力。


另外,电极的放置位置差异也有可能是影响因素,因此需要更多的研究探索阳极tdcs刺激pre-sma对行为变化的影响。


☞ 参考文献:

[1]guo z, gong y, lu h, et al. multitarget high-definition transcranial direct current stimulation improves response inhibition more than single-target high-definition transcranial direct current stimulation in healthy participants. front neurosci. 2022;16:905247.

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