无创电刺激大脑可调节皮层功能和行为，既可用于科研，也可用于临床。本方案描述了调节人类运动系统的不同脑刺激方法。
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本文内容
摘要
摘要
非侵入性电脑刺激（NEBS）被用于调节大脑功能和行为，既可用于科研也可用于临床。特别是，NEBS 可经颅施加，包括直流电刺激（tDCS）或交流电刺激（tACS）两种形式。这些刺激类型在健康受试者中对运动功能和技能学习产生时间依赖性、剂量依赖性，以及在 tDCS 情况下具有极性特异性的影响。近年来，tDCS 已被用于增强中风或运动障碍患者运动功能障碍的治疗效果。本文提供了一套逐步操作方案，用于靶向初级运动皮层，采用 tDCS 和经颅随机噪声刺激（tRNS）——一种特定形式的 tACS，其电流在预定义频率范围内随机施加。文中详细说明了两种不同刺激导联配置的设置方法。在这两种配置中，发射电极（tDCS 中的阳极）均放置于目标初级运动皮层。对于单侧运动皮层刺激，接收电极置于对侧前额；而对于双侧运动皮层刺激，接收电极则置于对侧初级运动皮层。文章还讨论了每种导联配置在调节皮层兴奋性及运动功能（包括学习能力）方面的优缺点，以及安全性、耐受性和盲法实施的相关问题。
引言
非侵入性电刺激脑技术（NEBS）是指通过完整的颅骨向大脑施加电流，可调节大脑功能和行为1-3。为了优化NEBS策略的治疗潜力，仍需深入理解其产生神经生理学和行为效应的潜在机制。在不同实验室之间实现操作的标准化，并对刺激程序进行充分透明的描述，是确保数据可比性的基础，有助于对结果进行可靠解读，并评估所提出的效应机制。经颅直流电刺激（tDCS）和经颅交流电刺激（tACS）在所施加电流的参数上有所不同：tDCS在两个电极（阳极和阴极）之间产生单向恒定的电流2-6，而tACS则使用特定频率的交流电刺激7。经颅随机噪声刺激（tRNS）是tACS的一种特殊形式，其采用随机频率（例如，100–640 Hz）的交流电，导致刺激强度快速变化，并消除与极性相关的效应4,6,7。仅当刺激设置包含刺激偏移时，极性才具有意义，例如，噪声谱围绕+1 mA基线强度随机波动（通常不使用）。本文旨在聚焦于tDCS和tRNS对运动系统影响的研究，内容紧密参照我们实验室近期发表的一项研究6。
与tDCS相比，tRNS的作用机制更不明确，但可能与后者不同。理论上，在随机共振的概念框架下，tRNS向神经元系统引入刺激诱发的噪声，可能通过改变信噪比而带来信号处理上的益处4,8,9....
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方案
伦理声明：人类研究需在研究开始前获得参与者的书面知情同意。在招募参与者前，须获得相关伦理委员会的批准。确保研究符合《赫尔辛基宣言》的规定。本文报告的代表性结果（图4) 是根据遵循《赫尔辛基宣言》（经第59届修订）进行的研究得出的th 世界医学协会大会，首尔，2008年10月，经弗赖堡大学当地伦理委员会批准。所有受试者在参与研究前均签署书面知情同意书。6.
1. 安全筛查
- 筛查受试者是否存在非侵入性脑刺激的潜在禁忌证3, 例如，通过使用问卷调查25.
2. 运动皮层定位
- 通过以下两种不同方法之一定位受试者的手部运动皮层：利用经颅磁刺激（TMS）诱发的运动诱发电位（MEP）定位目标肌肉在大脑中的代表区，或根据国际10/20脑电图系统，使用测量尺定位标准M1位置（C3/C4）26.
- 进行经颅磁刺激（TMS）诱发的运动诱发电位（MEP）记录时，请受试者移除可能受TMS磁场影响的物品，包括信用卡、手机及一般金属物体。
- 请受试者舒适地坐下。
- 使用软件界面时，验证肌电图放大器与用于信号配置和采集的计算机之间的连接。
- 打开肌电图放大器并连接肌电电....
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结果
为了研究NEBS对人类运动系统的影响，选择适当的结果评估指标至关重要。运动系统的一个优势在于其皮层表征可通过电生理工具进行无创检测。运动诱发电位常被用作评估运动皮层兴奋性的指标。在健康志愿者中，当以29 µA/cm2的电流密度施加9分钟或更长时间的阳极tDCS后，运动皮层兴奋性可在至少30分钟内保持升高 19,21,22（参见图3）。阴极tDCS通常引起相反效应（即降低兴奋性）或无显著效应19,22。然而，如近期研究所指出22，个体反应方向存在一定变异性，部分受试者在阳极或阴极tDCS干预后表现出与典型效应相反的结果。在采用NEBS的研究中进行样本量计算时，应充分考虑这一变异性。有趣的是，单侧与双侧tDCS干预后均观察到M1兴奋性的相似变化5,23，且在每种刺激方式结束后，简单运动功能均得到类似程度的即时改善5。因此，目前正进一步研究采用双侧M1电极布局是否可通过额外抑制对侧M1的兴奋性，从而对运动.......
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讨论
本方案描述了使用经颅电刺激（NEBS）调节手部运动功能和技能学习的典型材料与操作步骤，具体包括用于阳极经颅直流电刺激（anodal tDCS）的单侧和双侧初级运动皮层（M1）刺激，以及单侧经颅随机噪声刺激（tRNS）。在为人类运动系统研究选择特定NEBS方案之前， 例如在运动学习的背景下，需要考虑方法学方面（安全性、耐受性、盲法）以及概念性方面（特定脑区上蒙太奇或电流类型特异性效应）。三种策略的优缺点如下所示： 表1.
| NEBS 类型 | 优势 | 局限性 |
| 阳极 tDCS 与 tRNS 的共性 | 安全性高 成本低 易于操作 对皮层兴奋性具有持续效应（最....... |
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
MC 和 JR 由德国研究基金会（DFG RE 2740/3-1）提供支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| NEBS 设备（直流刺激器 plus） | Neuroconn | ||
| 电极导线 | Neuroconn | ||
| 导电橡胶电极 | Neuroconn | 5x5 cm | |
| 带孔海绵袋 | Neuroconn | 5x5 cm | |
| 非导电橡胶海绵盖 | Amrex-Zetron | FG-02-A103 | 橡胶垫 3"*3" |
| 氯化钠等渗溶液 | B. Braun Melsungen AG | A1151 | Ecoflac, 0,9% |
| 棉质绉纱绷带 | Paul Hartmann AG | 931004 | 8x5m，织物弹性 |
| 胶带（Leukofix） | BSN medical | 02122-00 | 2,5cm*5m |
| 皮肤准备糊剂 | Weaver | 10-30 | |
| 磁刺激器 | Magstim | 3010-00 | Magstim 200 |
| 肌电图导电糊剂 | GE Medical Systems | 217083 | |
| 肌电图双极电极 | 例如，Natus Medical Inc. Viking 4 | ||
| 肌电图放大器 | 例如，Natus Medical Inc. Viking 4 | ||
| 肌电图信号传输导线 | 例如，Natus Medical Inc. Viking 4 | ||
| 数据采集单元 | Cambridge Electronic Design (CED) | MK1401-3 | 模数转换器 |
| 用于信号记录和离线分析的计算机 | |||
| Signal 4.0.9 | Cambridge Electronic Design (CED) | 软件 | |
| 非永久性皮肤标记笔 | Edding | 8020 | 1 mm，蓝色 |
参考文献
- Reis, J., Fritsch, B. Modulation of motor performance and motor learning by transcranial direct current stimulation. Curr Opin Neurol. 24 (6), 590-596 (2011).
- Nitsche, M., Paulus, W. Excitability changes induced in the hu....
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