4×1环形高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）的技术与应用注意事项

摘要

高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）采用4×1环形电极布局，是一种非侵入性脑刺激技术，兼具传统tDCS的神经调节效应与更高的聚焦性。本文系统性地演示了4×1 HD-tDCS的使用方法，以及实现安全有效刺激所需考虑的关键因素。

摘要

高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）是一种新兴的非侵入性脑刺激技术，通过使用多个较小的“高分辨率”电极阵列，替代传统经颅直流电刺激（tDCS）中较大的片状电极，从而提高电流传递至大脑的精确性。通过激活按预定构型放置的电极可实现对目标区域的精准定位，其中一种常用构型为4×1环形配置。在此方法中，覆盖目标皮层区域的中心环形电极（阳极或阴极）被四个返回电极环绕，这些返回电极有助于限定刺激区域的范围。4×1环形HD-tDCS的施加能够在健康受试者和患者中均诱导出显著的神经生理学和临床效应。此外，已有研究证实其具有良好的耐受性，即使在高达2.0毫安的强度下持续刺激达二十分钟仍可被良好接受。

尽管4x1高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）操作简便，但准确的电极定位对于精准刺激目标皮层区域并发挥其神经调节作用至关重要。使用经过专门测试适用于HD-tDCS的电极和设备，对确保安全性和耐受性极为关键。鉴于大多数已发表的4x1 HD-tDCS研究主要针对初级运动皮层（M1），尤其是与疼痛相关的研究结果，本文旨在系统描述其在M1刺激中的应用，以及实施安全有效刺激时需考虑的因素。然而，本文所述方法也可根据需要调整，用于其他HD-tDCS配置和皮层靶点。

引言

经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性脑刺激技术，能够调节刺激区域及相互连接的神经网络中的神经元静息膜电位以及神经元自发放电水平 ¹ 包括内源性μ-阿片系统 ²，从而调节皮层兴奋性。经颅直流电刺激（tDCS）具有神经调节效应，加之其成本低、操作简便且便于携带，因而在过去十年中被广泛应用于多种场景，包括神经生理学研究、认知与行为干预，以及针对慢性疼痛、抑郁症、偏头痛、脑卒中、帕金森病和耳鸣等疾病患者的临床研究。 ³然而，直流电（DC）的传递通常使用较大的电极片，最常见尺寸为25-35 cm²，可刺激位于阳极与阴极之间相对广泛的脑皮层区域 ⁴因此，利用该技术难以实现对目标皮层区域的局灶性刺激，而不同时刺激邻近解剖区域。已有多种方法被研究，旨在通过改变电极间距来“调控”电流分布。 ⁵ 通过增大/减小电极下 cortical 区域的刺激垫尺寸以降低/增强其调制程度 ⁶然而，仍需努力进一步控制电流路径，同时避免电极之间的电流分流 ^7,8 仍然具有研究兴趣。

高分辨率（HD）-tDCS 是一种新开发的干预技术，采用多组更小且特殊设计的电极阵列⁹。已有多种电极配置被测试，可通过调整以优化对目标区域的刺激效果¹⁰。其中一种为 4×1 环形配置，该布设方式在目标皮层区域上方设置一个中心电极，并由四个返回电极环绕⁴。中心电极决定刺激的极性（阳极或阴极），而返回电极的分布半径则限定了皮层兴奋性调节的范围。脑部建模研究表明，与传统 tDCS 的标准双极布设相比，采用 4×1 HD-tDCS 配置时发生调节的皮层区域更为局限⁴。此外，其聚焦性对组织（建模）参数具有较强的稳定性¹¹。利用 4×1 环形经颅电刺激开展的临床神经生理学研究也证实了电流传递的局灶性¹²。

该干预措施的潜在应用与传统经颅直流电刺激（tDCS）相似。在初级运动皮层（M1）上使用4×1环形高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）的行为学和神经生理学研究报道了皮层兴奋性的改变¹³，其后效应可能比传统tDCS诱导的更持久¹⁴。目前使用4×1环形HD-tDCS的研究表明，当刺激强度高达2.0毫安（mA）、持续时间长达二十分钟时，健康受试者^13-15和患者¹⁶对该技术均具有良好的耐受性。尽管HD-tDCS耐受性良好，但仍必须仅使用为此目的专门测试过的设备和电极。

本文旨在系统演示4×1环形电极在高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）中的使用方法。选择初级运动皮层（M1）作为刺激靶区，因其是不同临床研究环境中最常用的电极布局。然而，本文所述方法亦可调整用于靶向其他脑区，例如背外侧前额叶皮层（DLPFC）。如本文所示，电极的准确定位操作简便，但对精确刺激目标皮层区域至关重要。我们希望本演示有助于支持并提升未来HD-tDCS试验的严谨性，从而为这一新型干预手段的作用机制和应用提供更充分的证据。

方案

1. 禁忌症与特殊注意事项

1. 在设备设置之前，需确认受试者不存在任何高清经颅直流电刺激（HD-tDCS）的禁忌证。可以合理地认为，这些禁忌证与传统经颅直流电刺激（tDCS）相同（表1）。还应考虑其他特殊因素，例如患者的用药情况。例如，作用于中枢神经系统的药物可能会改变刺激的预期效果。
2. 应仔细检查受试者的头皮是否存在皮肤病变，如伤口或炎症迹象。应避免对出现此类病变的头皮区域进行刺激。此外，对于存在颅骨缺损或金属植入物的患者，应避免进行刺激。如果试验目的为专门研究此类患者群体，则应考虑采取额外的预防措施和特殊的剂量评估（例如，通过计算正向模型）¹⁷。

2. 材料

1. 确保所有必需的材料均已准备就绪（表2）。
2. 将塑料高分辨率（HD）电极外壳嵌入模块化脑电图（EEG）记录帽中。中心电极应对应目标区域，在本演示中为M1区，四个返回电极的半径应根据所研究的实验方案进行调整。在本演示中，我们使用约7.5 cm的半径，中心电极置于M1区，返回电极的位置大致对应国际10-20脑电图系统中的Cz、F3、T7和P3位置¹⁸。
3. 每次刺激前，打开传统的经颅直流电刺激设备（Soterix 1x1低强度直流刺激器）和多通道刺激适配器，并检查电池电量是否充足。若任一设备电量不足，将亮起“低电量”指示灯，提示需要更换电池。检查完电池电量后，可将设备关闭，直至刺激开始前再开启。传统tDCS设备为电池供电，可输出数毫安强度的直流电。由于电极阻抗可能发生变化，建议使用电流控制而非电压控制的刺激器。出于安全考虑，始终不建议使用电源适配器，以避免意外输出过高强度电流。该设备的操作方法已在我们之前的文章中描述¹⁹。通过将传统tDCS设备连接至多通道刺激适配器（图1），可实现4×1高分辨率tDCS（HD-tDCS）配置的直流电输送，从而将神经调控限制在目标区域。
4. 每次实验前，应目视检查电极是否存在异常磨损或损坏。HD-tDCS电极可重复使用，但总使用次数有限（见讨论部分）。用于HD-tDCS的电极组件应为专门为此目的设计或验证过的型号。本文演示的方法采用烧结银/氯化银（Ag/AgCl）环形电极（图2）。研究表明，此类电极结合适当的导电凝胶和HD塑料外壳，可最大限度减少刺激电极电位变化及凝胶中的pH变化，且不会产生显著发热^9,20，因此相较于其他类型电极更为安全有效。
5. 将五个烧结Ag/AgCl环形电极的导线连接至4×1适配器输出电缆上对应的接收接口。中心电极将决定刺激的极性（阳极或阴极），请确保将中心电极导线连接至中心接口插孔。随后，将其余电极连接至周围的插孔。需要注意的是，四个返回电极在接口插孔中的排列顺序并不重要，因为它们的极性相同。

3. 测量

头部测量及刺激区域的定位方法与常规经颅直流电刺激（tDCS）相同，具体方法已在我们之前的文章¹⁹中说明。为便于进一步理解，以下将再次详细描述这些步骤。

1. 让受试者舒适地坐在椅子上，椅子可带有头枕。
2. 刺激部位由研究人员感兴趣的研究方案确定，因为不同区域的刺激会产生不同的效应。通常采用国际10-20脑电图系统¹⁸进行头部测量，如下所述。
3. 首先定位头顶点（Cz）。
   1. 为此，测量鼻根点（nasion）到枕外隆突点（inion）之间的距离，并将该距离平分为两半。鼻根点是前额与鼻骨交界处的点，枕外隆突点是枕骨最突出的部位（图3）。使用油性铅笔或无毒水性记号笔在该位置画一条线作为标记。
   2. 其次，测量左右耳前点（即耳屏前方区域）之间的距离，将该距离平分为两半，并用一条线标记该点。然后连接这两条线形成一个十字交叉，两条线的交点即为Cz点。
4. 根据所研究的实验方案，在头部确定目标刺激部位。
   1. 若需对初级运动皮层（M1）进行刺激，从Cz点开始，计算Cz至左侧或右侧耳前点距离的20%（图3）。为更精确地定位该区域，可采用辅助方法，如神经导航系统或经颅磁刺激（TMS）。

4. 皮肤准备

1. 通过分开刺激部位的毛发来准备皮肤。可使用酒精棉片帮助清除头皮上的皮脂或护发产品残留。切勿擦伤皮肤。确保皮肤无任何病变。

5. 电极定位与设备设置

1. 测量头围并准备好皮肤后，找到对应于M1的标记点。
2. 接下来，在保持可见M1标记的情况下，将模块化脑电图（EEG）记录帽戴在受试者头部，同时用手固定中心塑料外壳对准该标记。在将高密度（HD）外壳放置于其上之前，可通过移动M1标记处的头发以确保头皮上的M1十字标记持续可见。确保帽体贴合但佩戴舒适，并调整四个返回端塑料外壳的位置。尽管其他方法也完全可行，在先前的一项试验中 ¹⁶ 我们将回返电极置于距M1约7.5 cm半径范围内，其位置大致对应于Cz、F3、T7和P3。图4然后调整脑电图帽的绑带。
3. 使用卷尺确认电极间距是否符合研究方案的要求。
4. 使用木制棉签的一端，通过塑料外壳的开口分开毛发，直至露出头皮。在每个外壳下方重复此操作。
5. 从塑料外壳的开口处开始，向每个外壳内引入约1.5 ml导电凝胶。可使用塑料注射器进行凝胶涂抹。需小心避免将凝胶涂抹至塑料外壳边缘之外，否则可能导致电流分流和电流流动不足。图5).
6. 接下来，将一个银/氯化银烧结环形电极放入每个高密度塑料外壳中，确保其粗糙面朝下，光滑的圆面朝上。如有必要，可使用注射器或柱塞作为引导，将环形电极缓慢下放，直至其完全贴合塑料外壳底部。
7. 添加更多凝胶以覆盖电极，然后使用高清塑料外壳配套的盖帽将电极固定到位（图6）。此帽状结构可在整个刺激过程中固定电极位置。旋转帽状结构以锁定其位置。若塑料帽不易转动，请勿施加过大力量。按照步骤5.6重新调整电极位置后，再次尝试锁定帽状结构。高清塑料外壳的帽状结构设计为：当Ag/AgCl烧结环形电极完全且正确插入时，可轻松旋转。
8. 为减轻电极导线的张力，将其环绕在每个塑料外壳上，并用胶带固定在椅子或受试者的衣物上（图7).
9. 将输出电缆的圆端连接到 4x1 适配器的输出端口。
10. 使用输入电缆将4x1多通道刺激适配器连接至传统的tDCS设备。将输入电缆的锥形插头端连接至4x1适配器的输入端口，再将输入电缆的另一端（两个香蕉插头）连接至传统tDCS设备的输出端口。需特别注意，标有“Center”的电缆将决定中心电极输出直流电的极性，即阳极或阴极。请注意，当将4x1多通道刺激适配器与传统tDCS设备联合使用时，设备上并无用于选择中心阳极或中心阴极的开关或按钮。该极性由上述连接过程中香蕉插头与传统tDCS设备输出端的连接方式决定。在tDCS和HD-tDCS中，“阳极”指相对正电位的电极，电流从该电极流出 进入 身体。另一方面，“cathode”是相对负极，正电流在此处流入 退出 身体
11. 当连接准备好后，打开两个设备。
12. 通过将4x1多通道刺激适配器上的“模式选择”旋钮转至“扫描”模式，确保阻抗值处于适当范围内。此时设备将自动扫描电极，并在显示窗口中依次显示每个电极的阻抗值。“导联切换”按钮可用于控制电极在显示中的自动切换：按下该按钮可锁定显示当前选定电极的阻抗，以便进行检查；再次按下则允许设备继续切换显示下一个电极。4x1多通道刺激适配器以“质量单位”测量阻抗。测试电路根据电极电阻与电极-界面电化学过程之间呈非线性关系的特性，将接触质量归一化为这些“质量单位”。 ²¹，因此电极电阻（阻抗）的测量值可能会产生误导。例如，所测得的电阻值完全取决于测试电流 ²²较低的“质量单位”值更为理想。尽管目前尚无严格的标准，但既往研究中通常将“质量单位”值小于或等于1.50至2.0作为判定 cutoff。 ^15,16 .

当4x1多通道刺激适配器处于“扫描”（阻抗检测）模式时，请勿启动传统的tDCS设备，因为此时不会向受试者传递刺激。

13. 如果阻抗值超出上述理想范围，打开装有高阻抗电极的塑料外壳盖子，取出Ag/AgCl烧结环电极。按照上述步骤操作（即 5.4-5.7）调整毛发和电极，以获得最佳阻抗。按照5.12中的说明再次检查阻抗。达到目标质量值后，盖上外壳的盖子。根据需要对其他电极重复相同操作。最佳质量指示可能因受试者而异，但若某一电极的质量指示明显高于其他电极，则可能表明该电极接触不良。
14. 确认所有电极的阻抗质量均在理想范围内后，将4x1多通道刺激适配器上的“模式选择”旋钮从“扫描”（Scan）转至“通过”（Pass）。此设置允许电流从传统的tDCS设备经电极流入4x1设备。操作者此时即可开始刺激。

6. 刺激

1. 确保受试者舒适地坐在椅子上，并在刺激过程中保持清醒。
2. 根据我们之前发表的文章¹⁹所述，使用传统tDCS设备的控制装置施加HD-tDCS。确认刺激的持续时间和强度，并根据需要调整设备。此外，确定本次会话的模式（假刺激或主动刺激）。如果选择假刺激模式，设备将仅自动输送电流三十秒。该方法已被报道在传统tDCS²³和HD-tDCS¹⁵试验中均能有效实现对受试者的盲法。
3. 按下传统tDCS设备的“开始”按钮以启动HD-tDCS会话。“开始”指示灯将在直流强度逐步上升时闪烁，当达到目标电流时则持续亮起。此时计时器将显示剩余时间，“真实电流”指示器将显示输送至中心电极及四个回路电极的总电流强度。
4. 在初始刺激阶段，受试者可能会报告不适、瘙痒或刺痛感²⁴。如果这些症状过于明显，建议使用“放松”功能手动将电流强度降低0.2–0.5 mA，持续数秒，直至受试者感到舒适。随后应立即将电流强度逐步恢复至原始剂量。上述感觉通常在刺激数分钟后逐渐消失。

7. 操作后的处理

1. 会话结束后，可根据需要再次测量所有通道的电阻。打开塑料帽，轻轻将 Ag/AgCl 烧结环电极从外壳中取出。必要时可使用棉签的钝端，以避免拉扯电极导线。电极应用自来水轻轻冲洗，以去除导电膏，然后在存放前晾干。
2. 接下来，取下带有嵌入式塑料外壳的 EEG 帽。切勿在塑料帽闭合状态下取下 EEG 帽，以免受试者的头发被卡在帽或外壳中。塑料外壳应清洗以去除残留的导电膏，并用纸巾擦干。
3. 使用纸巾清除受试者头部残留的导电膏。由于该导电膏为水溶性，可使用少量水辅助清除。
4. 建议在每次刺激会话后请受试者填写问卷，以监测任何不良事件（表 3）。

结果

如果电极放置位置适当且阻抗值处于合适范围内，则在刺激期间，直流电将从阳极流向多个阴极（阳极居中的4×1高精度经颅直流电刺激）。传统经颅直流电刺激设备将输送目标电流强度，并在“真实电流”指示器中显示。同样，如果选择伪刺激模式，设备将在启动约三十秒后自动停止输送直流电，指示器将显示直流电输送已终止（图8）。

在开始刺激时，受试者常报告出现瘙痒、刺痛或轻微灼热感。这些现象在伪刺激和主动高密度经颅直流电刺激（HD-tDCS）过程中均较为常见^15,16，通常表明直流电已按预期输送。然而，这些感觉通常在刺激开始数分钟后逐渐消失。

通常认为，电流流动较多的脑区更有可能被调节，而电流流动较少或几乎可以忽略的区域则不会受到直接影响。因此，由4x1-HD-tDCS产生的局灶性电流流动预期将引起局部的神经调节。计算模型 ^4,14,15 已表明，与传统经颅直流电刺激（tDCS）相比，4x1环形高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）可实现更局灶性的脑刺激图9）。正如Datta所报道的， 等 ^4,114×1环形高密度经颅直流电刺激（HD-tDCS）诱导的皮层兴奋性调节区域局限于环形电极的周界内，且电场峰值位于中心电极下方。相比之下，传统经颅直流电刺激（tDCS）则刺激了包括同侧颞叶及双侧额叶在内的多个其他脑区，且电场峰值出现在两个电极之间的中点，而非任一电极下方。

高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）是一种新型技术，因此其效应尚未像传统tDCS那样被广泛研究。然而，其潜在应用范围相似，尚有其他用途有待探索。目前使用4×1环形电极阵列进行HD-tDCS的研究表明，在健康志愿者中，该技术可显著降低热觉和冷觉感知阈值，并对冷痛阈值产生轻微的镇痛效果（图10）¹⁵。此外，通过运动诱发电位测量发现，HD-tDCS可引起皮层兴奋性的显著改变^13,14（图11）。在纤维肌痛患者中，与假刺激相比，真实4×1环形HD-tDCS显著降低了主观疼痛感受（图12），并显著提高了机械觉检测阈值¹⁶。

比较HD-tDCS与传统tDCS的研究对于阐明每种干预措施的效果具有重要意义。然而，Kuo等人已有报道，单次10分钟、2.0 mA的阳极HD-tDCS干预已被实施。 等 ¹⁴ 产生比传统tDCS更显著、更持久的兴奋性后效应，且刺激耐受性更佳图13），支持其在科研及潜在临床环境中的应用。

图1. 4x1多通道刺激适配器（左侧）连接至传统经颅直流电刺激设备（右侧）。

图 2. 烧结环形 Ag/AgCl 电极，具有光滑圆润（黑色）表面和粗糙表面。 电极连接至 4x1 适配器输出线缆上对应的接收接口。

图3. 解剖学标志（左）及基于国际10-20脑电图系统确定的初级运动皮层（M1）定位（右）。

图 4. 基于 10-20 脑电图系统的高密度电极建议放置位置。 也可测试其他导联配置。

图 5. 电极凝胶涂抹（左）。 为防止电流在电极之间发生旁路，应避免导电凝胶超出塑料外壳的边界（右）。

图6. 环形电极在塑料外壳中的放置方式。 电极的粗糙表面应朝下，光滑且呈圆弧状的表面朝上。然后将环形电极缓慢放下，直至其置于塑料外壳底部（左图），并将顶盖固定到位（右图）。

图7. 4x1 高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）设置示例。

图8. 传统tDCS设备传递的激活模式（左）与假刺激模式（右）。 来自 DaSilva， 等 ¹⁹.

图9. 初级运动皮层4×1环形高分辨率经颅直流电刺激（上图）与采用标准双极海绵电极布局的传统经颅直流电刺激（下图）的计算模型比较。 点击此处查看高清大图。

图 10. 在健康受试者中测量的热觉和冷觉感觉阈值以及冷痛阈值，分别在4×1环形HD-tDCS干预前（pre）和干预后（post）。 实验方案包括对初级运动皮层施加20分钟、2 mA的主动阳极HD-tDCS或假刺激。改编自 Borckardt, et al. ¹⁵。 点击此处查看高清大图。

图11. 4×1环形高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）对健康受试者运动诱发电位（MEP）幅值的影响。 实验方案包括对初级运动皮层施加1 mA的主动阳极HD-tDCS或假刺激，持续20分钟。在刺激前后测量MEP，并将刺激后的幅值相对于基线进行归一化处理。须线表示标准差。改编自Caparelli-Daquer, et al. ¹³。

图12. 4×1环形高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）对纤维肌痛患者疼痛感知的影响。 要求患者在刺激前、刺激后即刻以及刺激后30分钟，使用视觉数字评分量表评估其总体疼痛程度。实验方案包括单次主动阳极和阴极HD-tDCS干预，刺激靶区为左侧初级运动皮层（2 mA，持续20分钟），以及假刺激。须线表示标准误。改编自 Villamar 等¹⁶。

图13. 使用传统tDCS和4x1环形HD-tDCS进行阳极与阴极刺激后诱导的后效应比较。 在给予2 mA的传统tDCS或4x1 HD-tDCS持续10分钟后，分别测量刺激前和刺激后的运动诱发电位（MEP）振幅。通过连续评估以观察后效应的时间进程。刺激后的MEP振幅以基线水平为基准进行归一化处理。改编自Kuo, et al. ¹⁴。

您是否曾经……	对经颅磁刺激（TMS）/经颅直流电刺激（tDCS）产生过不良反应？
	发生过癫痫发作？
	出现过原因不明的意识丧失？
	发生过中风？
	遭受过严重的头部外伤？
	接受过头部手术？
	患有任何与大脑相关的神经系统疾病？
	患有任何可能引起脑损伤的疾病？
	经常或严重头痛？
	头部（口腔以外）是否有金属残留物，例如弹片、外科夹或焊接碎片？
	是否植入了任何医疗设备，例如心脏起搏器或医用泵？
	正在服用任何药物？
	目前怀孕，或有性生活且不确定是否可能怀孕？
	您的家族中是否有人患有癫痫？
	您是否需要关于tDCS/HD-tDCS或其相关风险的进一步解释？

表1. tDCS / HD-tDCS治疗前禁忌症及特殊注意事项的筛查。

材料	一台常规经颅直流电刺激（tDCS）设备
	一个4x1多通道刺激适配器
	四节9伏电池
	一个模块化脑电图记录帽
	五个烧结环形银/氯化银（Ag/AgCl）电极
	五个特制的高密度塑料外壳及其对应的盖帽
	一个塑料推杆
	电缆
	一个卷尺
	一根木柄棉签
	导电凝胶
	一支3毫升或5毫升注射器
	胶带
	纸巾

表2. 材料。

您是否经历了以下任何症状或副作用？	在下方空白处填写数值（1-4）： 1-无 2-轻度 3-中度 4-重度	如果存在，您认为这是否与HD-tDCS有关？ 1-无关 2-极不可能 3-可能 4-很可能 5-确定	备注
头痛
颈部疼痛
头皮疼痛
头皮灼伤
刺痛感
皮肤发红
嗜睡
注意力难以集中
急性情绪变化
其他（请注明）：

表3. 高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）后的不良反应筛查。

讨论

关键步骤

开始实验前需检查的事项

在开始刺激之前，研究人员应确保受试者不存在进行高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）的禁忌证。表1列出了需要考虑的一些重要因素，并总结了最重要的禁忌证，包括头部存在金属植入物或装置、严重脑损伤或明显的皮肤损伤。研究人员在准备放置电极时，应检查4×1环形排列区域范围内是否存在上述皮肤损伤。如果存在此类损伤，我们不建议应用该技术。这一点非常重要，因为尽管使用本文所示的HD电极和外壳尚未报道出现皮肤损伤，但在连续多次进行传统tDCS刺激后已有皮肤损伤的报道³，特别是在14天内连续实施的情况下²⁵。

颅骨或脑实质内存在金属植入物或缺陷可能会显著改变电流流向^17,26，导致非目标皮质区域被刺激。出于安全考虑，应避免对装有植入式医疗设备的患者进行刺激。相对禁忌症包括患有癫痫或卒中病史，除非研究明确针对这些状况。由于缺乏关于安全性的数据，应避免对孕妇进行高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）。

将4x1多通道刺激适配器连接至传统tDCS设备时，检查电缆极性至关重要。若未正确操作，可能导致向受试者施加错误类型的刺激。请确保标有“Center”（通常为红色）的电缆插入正确的端口（阳极或阴极）。

操作者每次使用前还应目视检查烧结银/氯化银环形电极，观察是否有电解产物沉积的迹象，并在必要时及时更换。每次主动刺激后，电化学反应产物容易在电极底部的粗糙表面聚集。因此，建议每个电极仅在4×1配置的中心位置使用两次主动刺激。之后可将其轮换为回路电极之一使用。当一组中的五个电极均已在中心位置各使用过两次后，建议更换新的一组电极。为实现有序轮换，可对每个电极进行标记并记录使用次数，操作简便。电极的有限轮换不仅出于耐受性考虑，还旨在避免出现高阻抗情况，防止电流无法在四个回路电极之间均匀分配。操作者需在刺激前检查接触质量（如步骤5.12至5.14所述），并确保未出现异常高的电阻值。

可能会出现受试者过度移动头部或无意中拉扯电缆，导致电缆脱落或损坏的情况。因此，建议将每根电缆在其塑料外壳周围打环固定，并用胶带将4x1适配器的输出电缆固定在某个表面上即 椅子或参与者的衣物）。

如有需要，可在头皮局部使用麻醉剂，以防止可能出现的不适感，并增强研究中受试者的盲法效果。但需要注意的是，尽管高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）尚未有皮肤灼伤的报道，理论上仍存在发生此类不良反应的微小风险，而使用局部麻醉剂可能会使受试者在刺激过程中无法及时报告此类感觉。在本演示以及我们先前的研究中，均未使用局部麻醉剂，因为任何不适感通常均被报告为轻度。

如上所述，为了获得最佳效果，防止导电凝胶扩散到塑料外壳边界之外非常重要。否则，电流可能会从一个电极分流至另一个电极。

刺激过程中的重要注意事项

除非研究设计要求，受试者在刺激过程中不应处于睡眠、阅读或任何其他分心状态。这一点非常重要，因为已有报道指出，强烈认知活动、无聊或睡眠、肌肉激活以及其他导致皮层兴奋性变化的活动，可能会引起传统经颅直流电刺激（tDCS）效应的改变甚至逆转²⁷。

启动刺激后，为防止电流突然开始流动引发副作用，设备会自动在30秒内逐步升高和降低电流。出于类似原因，在传统经颅直流电刺激（tDCS）设备产生电流时，切勿在“通过”（Pass）和“扫描”（Scan）模式之间切换。为确保刺激过程安全，应定期询问受试者是否感觉舒适。

在易感人群（包括儿科患者）中进行刺激时，可能需要调整剂量。

术后实际注意事项

为了进一步收集安全性证据并监测高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）的效果，我们建议使用不良反应问卷，例如如表3所示的问卷，应在每次刺激结束后向受试者发放。务必筛查与HD-tDCS相关的最常见不良反应，例如不适感、刺痛感、瘙痒感和灼烧感。此外，通过要求受试者提供定量的主观评分，可进一步提高这些数据的意义。可通过设置数字评分量表让受试者报告不良反应的强度或严重程度，例如从1到5或从1到10。同样重要的是，在每次伪刺激（sham）会话后也应发放不良反应问卷，以便比较主动刺激和伪刺激条件下不良反应的发生频率。对于传统tDCS，已有研究报道某些副作用在伪刺激组中甚至更为常见²⁴，头痛即为一例。

可能的修饰

对于4x1高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS），刺激方案可设计为包含不同的靶区位置、电流极性与强度以及环形电极的半径。一般而言，增大4x1环形电极的直径会增加电流穿透深度以及环下最大电流强度²⁸。相反，减小环形半径可提高刺激的聚焦性，但会降低诱发的脑电场强度。因此，针对不同适应证进一步研究最佳剂量参数是必要的。

尽管本文重点介绍4x1环形高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS），但也可使用其他电极布局，例如4x2和3x3（双条带）等。虽然HD-tDCS在定制化方面具有多种选择，但仍应遵循本文所述的电极定位与准备方法，并仅使用为此目的专门测试过的硬件和配件。这包括特别关注HD塑料外壳设计、凝胶和电极。例如，除烧结环形Ag/AgCl电极外，其他类型的电极也已用于直流电输送测试，如银质颗粒电极（Ag pellet）、Ag/AgCl颗粒电极、Ag/AgCl圆盘电极以及橡胶颗粒电极⁹。然而，除Ag/AgCl环形和圆盘电极外，所有其他电极均报告引起pH值变化，以及温度和电极电位升高。因此，Ag/AgCl环形电极似乎是一种更有效且更安全的选择。未来，本文所述方法的改进版本也可用于实施其他干预手段，例如经颅交流电刺激。

局限性

目前，4×1环形高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）的极性对皮层兴奋性的影响尚不明确。尽管神经生理学研究报道，在健康受试者中，1.0 mA 和 2.0 mA 的阳极 4×1环形 HD-tDCS 均可导致皮层兴奋性升高^13,14，但在得出普遍性结论之前，仍需更多专门针对 HD-tDCS 的研究证据。此外，值得注意的是，采用 4×1环形 HD-tDCS 调控皮层兴奋性的效应可能具有时间依赖性，在刺激结束后数分钟达到峰值，而非立即出现^14,16。因此，为了获得准确的结果，可能需要在干预后不同时间点进行连续评估。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
一种常规的经颅直流电刺激设备（Soterix 1x1 Low-intensity DC Stimulator）	Soterix Medical Inc.，美国纽约州纽约市	1300A
一个4x1多通道刺激适配器	Soterix Medical Inc.，美国纽约州纽约市	4X1-C2
四节9V电池			多家供应商可供选择
一个模块化电子装置–脑电图记录帽	EASYCAP GmbH，德国	EASYCAP
五个烧结环形银/氯化银电极	Stens Biofeedback Inc.，美国加利福尼亚州圣拉斐尔	EL-TP-RNG 烧结
五个特制的塑料外壳及其对应的盖子	Soterix Medical Inc.，美国纽约州纽约市
一个塑料推杆	Soterix Medical Inc.，美国纽约州纽约市	PSYR-5
电缆	Soterix Medical Inc.，美国纽约州纽约市	CSIN-X2 输入电缆，CSOP-D5 输出电缆
一条卷尺			多家制造商可供选择
一根木柄棉签			多家制造商可供选择
导电凝胶（Sigma Gel）	美国新泽西州帕克实验室	15-25
一支3毫升或5毫升注射器			多种制造商可供选择
胶带			多家制造商可供选择
纸巾			多家制造商可供选择