利用小脑经颅直流电刺激调节认知功能

本实验的总体目标是展示一种通过小脑经颅直流电刺激来调节认知功能的技术。首先，通过测量受试者在不同难度认知任务中的表现，评估小脑功能参与情况。第二步是在三组不同的受试者中，或在同一组受试者不同时间点（间隔一周），分别对小脑施加阳极、阴极或假刺激的经颅直流电刺激，持续20分钟。

接下来，在施加小脑经颅直流电刺激后，再次测量所有任务中的表现。最后一步是处理和分析每个任务的数据，并比较小脑经颅直流电刺激前后的表现差异。最终，通过在小脑区域施加阴极或经颅直流电刺激，展示当任务较难而非较容易时，认知功能如何得到促进。

该技术的应用前景涉及认知与运动功能障碍的治疗或诊断，因为它能够激发或抑制神经活动，从而增强或减弱某些行为。研究助理布赖尼（briney）将演示该操作流程。在欢迎受试者后，请其阅读知情同意书并填写经颅直流电刺激（TDCS）安全筛查问卷。若经评估无TDCS操作禁忌症，则请受试者签署知情同意书。

在安静的房间内，为减少干扰并准确记录听觉反应时间，在刺激期前后依次或按随机顺序执行计算和语言任务。让受试者坐在计算机屏幕前，并向其说明：他们将要完成一项加法任务，会通过耳机听到一系列数字，需要将刚刚听到的数字与前一个数字相加，然后说出答案，并继续将听到的数字与前一个数字相加，但不要给出累计总和。确保受试者处于舒适状态。

将麦克风置于受试者口前，要求其朗读屏幕上的说明，该说明正式解释了如何执行粘贴听觉序列编辑任务。待受试者确认已理解任务内容，并将仅对加法任务的答案进行发声后，进行一次练习任务，并在练习过程中进行询问。

开始呈现数字，通过将刺激间间隔缩短300毫秒，逐步提高听觉刺激项的呈现速率。在每次包含五个刺激项的组块中，间隔时间从4.2秒逐渐减少至1.8秒，需确保所有刺激均可被清晰听到，以便研究人员能够根据任务进行评分。完整运行构成练习环节的全部45个刺激项。

注意受试者出现连续三次错误时的呈现速率，并在练习阶段结束后，将任务中的呈现速率设定为该截止点之前的速率，以此作为受试者的呈现速率，并确保该速率在刺激前阶段与刺激后阶段之间保持一致。要重新开始任务，请确保受试者坐姿舒适，且刺激音和反应声音清晰可闻。开始任务，并以适当的速率呈现60个测试项目。

在执行任务过程中，将每个答案记录在打印好的评分表上，以便后续核对。如果参与者回答错误或未作回应，则不给予分数，并标记每个正确答案。接着告知参与者，减法任务的指导语与加法任务相同，区别在于此次需要将刚刚听到的数字从其前一个数字中减去，说出答案，然后继续将听到的数字从其前一个数字中减去，依此类推。

确保麦克风未偏离受试者的嘴部，并让其阅读计算机屏幕上呈现的指导说明。在确认受试者理解指导说明后，提醒其不得口头进行计算或借助手指辅助，随后进行练习任务以确定呈现速率。操作方式与之前相同。

开始进行听觉词语串联减法任务，并像之前一样在打印的评分表上记录答案。在实验的这一部分，首先向受试者说明，他们需要针对所呈现的名词说出一个适当的动词。在任务开始时，向受试者阐明名词与动词之间的这种对应关系。

将词语以不同的随机顺序呈现在计算机屏幕中央，分为六个组块，其中第一至第五组块包含重复出现的词语，第六组块包含新词语。第一轮和第二轮会话中的词表应不同，并在被试间进行平衡。启动任务，要求被试阅读计算机屏幕上显示的标准指导语，该指导语正式说明如何执行动词生成任务。

当参与者完全理解任务后，将麦克风置于其嘴前，并指示其在计算机屏幕上出现单词时立即读出。确保每个单词被下一个单词及时替换。当麦克风检测到回应时，记录下参与者口头说出的每一个答案，以便后续核对。

记录所有错误或遗漏的反应。以与动词生成任务相同的方式呈现词语。任务参与者在名词阅读任务中阅读名词，在动词阅读任务中阅读动词。

在进行两项阅读任务时，确保麦克风相对于受试者口腔的位置未发生移动。指示受试者在每个单词出现在计算机屏幕上的瞬间立即大声朗读。在两项阅读任务过程中，通过观察屏幕显示内容，核对受试者是否正确朗读了每个单词。

经颅直流电刺激（TDCS）在人类中使用被认为是安全的，但在进行TDCS时建议备有急救措施，以确保受试者的安全不受影响，尤其是在操作过程中出现不适或晕厥的情况。实施TDCS时，绝不能让受试者无人看护。将两个表面积为25平方厘米的海绵电极用标准0.9%氯化钠溶液充分浸泡，直至完全饱和，用于对右侧小脑皮层施加抑制性阴极刺激或刺激。将蓝色电极置于枕骨最突出部位下方1厘米、右侧4厘米处，大致对应小脑第7叶的位置。

为完成电极布局，将红色参考电极或阳极电极置于右侧肩部三角肌上方。使用橡胶带或硫化杜伦特绷带将湿润电极牢固固定在头部和上臂，以确保最佳的电极-皮肤接触界面。确保电极平贴于头皮，避免放置在头发覆盖区域。

在电极固定后，检查其预定位置是否发生移动。在受试者颈部后方放置一张纸巾，以吸收滴落的生理盐水。使用可靠的电流调节直流刺激器，将刺激强度设定为2毫安，持续刺激20分钟，并在每次刺激干预开始和结束时分别逐步增加和减少刺激强度。

在10秒内以斜坡方式将直流电流逐渐增加，以实施假性经颅直流电刺激（sham TDCS），并将参数设置为在20分钟内提供假性刺激。在脑刺激后，将气味阴极或假性刺激以伪随机顺序应用于三组不同的受试者，并确保各组之间的受试者总数、性别比例和平均年龄具有可比性。

以交叉平衡的顺序重复之前的 P-A-S-A-T 和 P-A-S-S-T 测试。然后按此顺序重复名词和动词阅读任务以及动词生成任务。计算任务、任务实验和语言任务实验以伪随机顺序进行。

该图像显示了小脑经颅直流电刺激（TDCS）前后准确率评分的变化。在以下每张图像中，与加法任务相比，减法任务的正确反应次数在阴极刺激后选择性提高。星号表示经校正的配对比较显示差异具有统计学意义（P 值小于 0.05）。

该图显示了重复区块间的平均总学习量，在动词生成任务中，经颅直流电刺激（TDCS）后的区块一至区块五的平均反应速度比名词阅读和动词阅读任务更快。最后，该图像展示了重复区块间总学习量的变异性。在动词生成任务中，经颅直流电刺激（TDCS）后，区块一至区块五的反应变异性比名词阅读或动词阅读任务更一致。

因此，一旦掌握了经颅直流电刺激（TDCS）的操作，包括电极的放置，整个过程大约需要30至40分钟，若操作得当，整个研究过程约需一个半小时。在实施该操作时，重要的是要牢记正确放置电极，为不同组别使用正确的电极布局，并确保接受充分的培训，以保证操作成功。