方法文章

针对在线游戏玩家的经颅直流电刺激

DOI：

10.3791/60007

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2019年11月9日

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1Department of Radiology, Yeouido St. Mary's Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea, 2Department of Radiology, Incheon St. Mary's Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea, 3Department of Brain and Cognitive Sciences, Ewha Womans University, 4Department of Biomedical Engineering, The City College of New York, 5Department of Neurology, Incheon St. Mary's Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

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我们提出了一项针对在线游戏玩家应用经颅直流电刺激（tDCS）及神经影像评估的实验方案与可行性研究。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性脑刺激技术，通过在头皮上施加微弱电流来调节神经元膜电位。与其他脑刺激方法相比，tDCS 具有相对安全、操作简便且成本较低的优点。

由于过度网络游戏可能对心理健康和日常功能产生负面影响，因此有必要为游戏玩家开发治疗方案。尽管对背外侧前额叶皮层（DLPFC）施加经颅直流电刺激（tDCS）在多种成瘾障碍中已显示出良好疗效，但尚未在游戏玩家中进行测试。本文介绍了一项在游戏玩家中重复应用DLPFC区域tDCS并结合神经影像学检查其潜在神经相关机制的实验方案及可行性研究。

在基线时，参与研究的网络游戏使用者报告每周玩游戏的平均小时数，填写成瘾症状和自我控制能力的相关问卷，并接受脑部18F-氟-2-脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（FDG-PET）。经颅直流电刺激（tDCS）方案包括在4周内对背外侧前额叶皮层（DLPFC）进行12次刺激（阳极置于F3，阴极置于F4，每次2 mA，持续30分钟）。随后，采用与基线相同的方案进行随访评估。不玩网络游戏的个体仅接受基线FDG-PET扫描，不接受tDCS干预。研究分析游戏玩家临床特征的变化以及DLPFC区域脑葡萄糖代谢率（rCMRglu）的不对称性变化。此外，在基线时比较游戏玩家与非游戏玩家之间rCMRglu的不对称性。

在我们的实验中，15名游戏玩家接受了经颅直流电刺激（tDCS）干预，并完成了基线期和随访期的扫描。10名非游戏玩家在基线期接受了氟脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（FDG-PET）。tDCS减轻了成瘾症状，减少了游戏时间，并增强了自我控制能力。此外，基线期背外侧前额叶皮层（DLPFC）区域脑葡萄糖代谢率（rCMRglu）的异常不对称性在tDCS干预后得到缓解。

本方案可能有助于评估经颅直流电刺激（tDCS）对游戏玩家的治疗效果及其潜在的脑部变化。未来需要开展更多随机对照的假刺激研究。此外，该方案也可应用于其他神经科和精神科疾病。

引言

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近年来，由于过度使用网络游戏与心理健康损害、日常功能受损以及网络游戏障碍（IGD）相关联，已引起越来越多的关注1,2,3。尽管已评估了包括药物治疗和认知行为疗法在内的多种治疗策略，但其有效性的证据仍然有限4。

既往研究表明，网络游戏障碍（IGD）可能与其他行为成瘾及物质使用障碍在临床表现和神经生物学特征上存在相似性5,6。已有研究报道，背外侧前额叶皮层（DLPFC）在物质成瘾和行为成瘾的病理生理过程中发挥重要作用，包括渴求7、冲动控制8、决策制定9和认知灵活性10等方面。多项针对 IGD 的神经影像学研究已发现 DLPFC 存在结构和功能上的损害6。特别是结构神经影像学研究显示，IGD 患者的 DLPFC 灰质密度降低11,12，而一项功能磁共振成像（fMRI）研究发现 IGD 患者 DLPFC 在线索诱发下的脑活动出现异常13。此外，大脑的功能不对称性可能在包括 IGD 在内的成瘾行为中对冲动性和渴求产生影响。例如，在线游戏相关的线索诱发渴求可能与右侧前额叶的激活有关14。然而，相较于其他脑区的异常，过度使用网络游戏或 IGD 所伴随的局部脑葡萄糖代谢率（rCMRglu）的改变仍需进一步研究15。

经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性脑刺激技术，通过附着在头皮上的电极施加微弱电流（1-2 mA），以调节神经元膜电位。通常情况下，阳极电极下的皮层兴奋性增加，而阴极电极下的皮层兴奋性降低16。与其他脑刺激技术（如经颅磁刺激TMS，后者利用磁场脉冲在线圈下方的脑组织中产生电流）相比，tDCS因其操作简便、成本低廉且安全性高而成为一种广受欢迎的方法。根据最近的一项综述，传统tDCS方案的使用未引起任何严重不良反应或不可逆损伤，仅在刺激区域引起轻微且短暂的瘙痒或刺痛感17。

多项研究已表明，对背外侧前额叶皮层（DLPFC）实施经颅直流电刺激（tDCS）18,19,20 和重复经颅磁刺激（repetitive TMS）21,22 在治疗行为成瘾和物质成瘾方面具有良好的效果。然而，仍需进一步研究以探讨脑刺激技术对网络游戏使用的干预效果及其背后的脑部变化机制。

本研究旨在介绍一种在游戏者中针对背外侧前额叶皮层（DLPFC）进行多次经颅直流电刺激（tDCS）并结合神经影像学检查的方案，通过使用18F-氟代-2-脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（FDG-PET）来探讨其潜在的神经相关机制，并评估该方案的可行性。具体而言，我们关注成瘾症状、每日平均游戏时间、自我控制能力以及DLPFC区域葡萄糖代谢率（rCMRglu）不对称性的变化。

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方案

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本方案中所述的所有实验操作均已获得机构审查委员会的批准，并符合《赫尔辛基宣言》的规定。

1. 研究参与者

  1. 招募报告玩网络游戏的个体（游戏组）和报告不玩网络游戏的个体（非游戏组）。
    注意：本研究中，游戏组包括根据《精神障碍诊断与统计手册（第5版）》23 具有两项或以上网络游戏障碍（IGD）症状的个体，或平均每天玩游戏至少一小时的个体。非游戏组仅接受基线脑部FDG-PET扫描，以与游戏组比较脑葡萄糖代谢率（rCMRglu），不接受经颅直流电刺激（tDCS）干预。
  2. 对于两组参与者，排除存在以下情况的个体：(a) 重大医学、精神或神经系统疾病；(b) 创伤性脑损伤史；(c) 酒精或其他物质滥用或依赖史；(d) 使用精神类药物；或 (e) 经颅直流电刺激（tDCS）的任何禁忌证，如严重头痛、颅内金属植入物、癫痫发作史、癫痫、脑部手术史，或tDCS电极拟放置部位的皮肤存在病变或其他医学问题。
  3. 向每位参与者说明研究目的、主要实验流程以及参与研究可能涉及的任何风险。在回答其所有疑问后，获取书面知情同意书。

2. 基线评估

  1. 使用以下问卷评估临床特征：网络成瘾测试（Internet Addiction Test, IAT）24 和简式自我控制量表（Brief Self Control Scale, BSCS）25。此外，要求参与者报告每周玩游戏的平均小时数。
    注意：在 IAT 问卷中，将“"Internet"”替换为“"online games"”，以评估网络游戏成瘾的严重程度。
  2. 进行脑部 FDG-PET 扫描。
    1. 向参与者注射 185 - 222 MBq 的 FDG，并让其静息 45 分钟作为摄取期，在此期间参与者保持清醒状态，闭眼仰卧于黑暗且安静的房间内。
    2. 使用 PET-CT 扫描仪进行脑部 FDG-PET 扫描，约 15 分钟内获取横断面发射图像和 CT 图像。应用衰减校正、标准滤波和标准重建技术。

3. tDCS 的应用

  1. 在基线评估后一周内，对参与者进行经颅直流电刺激（tDCS）。准备tDCS会话所需材料：一台tDCS设备、湿巾、生理盐水溶液、两个海绵电极（直径6 cm）、一根电缆、一个头帽和一条头带。
  2. 让参与者坐在椅子上。
  3. 设置tDCS设备的刺激参数：2 mA，持续30分钟（电流密度 = 0.07 mA/cm2）。设置电流在30秒内逐渐上升至2.0 mA，保持2.0 mA达29分钟，最后在最后30秒内逐渐下降至0 mA。
  4. 将头帽（国际10-20系统）戴在参与者头部，标记左侧背外侧前额叶皮层（F3）和右侧背外侧前额叶皮层（F4），然后取下头帽。
  5. 将两个海绵电极放入头带的橡胶固定夹中，并用生理盐水充分浸湿。
  6. 清除电极放置区域头皮上的化妆品、污垢或汗液。
  7. 将头带置于标记位置，使阳极电极位于左侧DLPFC上方，阴极电极位于右侧DLPFC上方。
  8. 使用电缆将电极连接至tDCS设备，并开启设备。
  9. 要求参与者报告在tDCS会话期间或之后出现的任何不良反应。
  10. 在30分钟刺激结束时，关闭设备并从参与者身上移除电极。
  11. 共进行12次tDCS会话（每周3次，持续4周）。

4. 随访评估

  1. 在末次经颅直流电刺激（tDCS）治疗后一周内，采用与基线评估相同的方案进行随访评估。

5. 数据分析

  1. 使用适当的软件包对PET图像进行预处理（例如，Statistical Parametric Mapping 12）。
    1. 将DICOM文件转换为NIFTI文件。
    2. 将所有PET图像空间标准化至标准PET模板。
  2. 为左侧和右侧DLPFC创建二值掩模（例如，WFU PickAtlas工具箱）。在自动化解剖标记图谱中，DLPFC由额中回定义。
  3. 使用掩模提取左侧和右侧DLPFC的rCMRglu（例如，MarsBaR工具箱）。rCMRglu通过比例缩放法归一化至全脑平均摄取值。
  4. 计算DLPFC中rCMRglu的不对称指数（AI），公式为（rCMRglu右 - rCMRglu左）/ [（rCMRglu右 + rCMRglu左）/ 2] × 100。正AI值表示葡萄糖代谢呈右侧高于左侧的不对称性。

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结果

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共招募了15名游戏玩家（表1）和10名非游戏玩家。游戏玩家组的平均年龄（21.3 ± 1.4）显著低于非游戏玩家组（28.8 ± 7.5）（t = -3.81，p < 0.001）。游戏玩家组中有8名男性，非游戏玩家组中有6名男性（χ2 = 0.11，p = 0.74）。

采用线性混合模型分析行为学结果表明，经颅直流电刺激（tDCS）干预显著降低了游戏者群体的内隐联想测验（IAT）得分（z = -4.29，p < 0.001）、每周游戏时长（z = -2.41，p = 0.02），并改善了行为成瘾严重程度量表（BSCS）得分（z = 2.80，p = 0.01）（表1 和 图1）。在tDCS干预过程中未报告任何不良事件。

在游戏玩家中，IAT 评分变化与 BSCS 评分变化之间存在显著的负相关关系（r = -0.77，p < 0.001）（

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讨论

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我们提出了一种针对网络游戏使用者的经颅直流电刺激（tDCS）与神经影像学研究方案，并评估了其可行性。结果表明，在背外侧前额叶皮层（DLPFC）区域进行多次tDCS干预可减轻网络游戏成瘾症状，减少游戏平均使用时间，并提高自我控制能力。自我控制能力的增强与成瘾症状的减轻呈正相关。此外，在游戏玩家组中，DLPFC区域局部脑葡萄糖代谢率（rCMRglu）原本存在的异常不对称性（右侧高于左侧）在tDCS干预后得到改善。这些结果提示tDCS可能在减少网络游戏使用方面具有可行性。然而，由于本实验未设置假刺激对照组，且受试者在招募时已知晓研究目的，因此仍需开展进一步的随机化假刺激对照研究，以评估tDCS在网络游戏使用者中的实际疗效。此外，tDCS的长期效应也应加以研究。

尽管我们在定义纳入标准时较为宽泛，以同时包含普通游戏玩家和网络游戏障碍（IGD）个体，但未来的研究也可能仅纳入IGD患者作为研究参与者，这将更具参考价值。此外，在更大样本中，可以比较经颅直流电刺激（tDCS）对普通游戏玩家与IGD患者的不同效果。同时，为确保安全性，必须仔细筛查tDCS的所有禁忌症，例如严重头痛、颅内金属异物、癫痫...

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披露

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纽约市立大学（CUNY）拥有以 Marom Bikson 为发明人的神经刺激系统与方法的知识产权。Marom Bikson 持有 Soterix Medical 公司的股权，并担任波士顿科学公司（Boston Scientific Inc.）的顾问。其余所有作者声明无任何财务利益冲突。

致谢

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本研究由韩国国家研究基金会（NRF）在科学技术信息通信部资助下（项目编号：2015M3C7A1064832、2015M3C7A1028373、2018M3A6A3058651）以及美国国立卫生研究院（NIHNIMH 1R01MH111896、NIH-NINDS 1R01NS101362）资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
Discovery STE PET/CT 成像系统GE Healthcare
SPM 的 MarsBaR 感兴趣区域工具箱Matthew Brett神经影像分析软件；http://marsbar.sourceforge.net/
统计参数映射 12（Statistical Parametric Mapping 12）Wellcome 人类神经影像中心神经影像分析软件；https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/
经颅直流电刺激设备YbrainYDS-301N
WFU_PickAtlas维克森林大学医学院 ANSIR 实验室神经影像分析软件；https://www.nitrc.org/projects/wfu_pickatlas/

参考文献

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标签

FDG PET tDCS

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