探索并优化老龄人群中阳极经颅直流电刺激所引起的初级运动皮层的神经可塑性效果
1.研究背景
迄今为止，已有研究证明经颅直流电刺激（tDCS）可以调节皮层可塑性，并且有望改善健康、年轻人群的认知/运动功能。然而，以年轻人群为对象获得的结论无法直接应用于老龄人群，想要实现与年龄相关的大脑结构和功能的改变，可能需要调整tDCS参数。本研究旨在系统地探讨tDCS参数与运动皮层兴奋性诱发效果之间的关系，以确定老年人群的最佳刺激方案，并探究不同年龄组老年人群运动皮层可塑性之间的差异。
2.研究方法
2.1 被试
研究共有32名有效被试，其中年轻老人组16人（女性8人，平均年龄59.13 ± 4.47岁），年老老人组16人（女性8人，平均年龄73.13 ± 5.04岁）。
2.2 实验流程
对左侧运动皮层给予单脉冲TMS刺激，确定右侧指展肌的代表区域，使得中等强度的TMS刺激能够诱发稳定且最大振幅的MEP。TMS刺激的基线强度被设定为使得MEP的平均振幅达到1mA，为了确定刺激强度及MEP振幅的基线，进行了30次MEP的测量。随后，在3种强度（1, 2, or 3 mA）×3种时长（15, 20, or 30 min）共9种条件下施加阳极tDCS刺激。在tDCS刺激施加后的半小时内，每隔5分钟记录一次 MEP，并在之后的一个半小时内每隔半小时进行一次MEP的记录。
图1. 实验流程
2.3 刺激参数
单脉冲TMS刺激通过PowerMag刺激器（Mag & More, Munich, Germany）及8字型线圈施加，刺激频率为0.25 Hz。
以5 kHz的采样率采集右侧指展肌的表面EMG。
tDCS的靶电极被以45°固定在由TMS刺激确定的右侧指展肌的代表区域的中线，返回电极固定在右上眶骨部位，电极之间相隔至少6cm。除了上述9种刺激条件，还会施加伪装刺激：除了10s的上升期和下降期，及15s强度为1mA的电流外，保持15min强度为0mA的电流刺激。
3.实验结果
在两个年龄组中，所有条件的刺激都导致运动皮层兴奋能力明显增强。阳极tDCS的促进效果在不同年龄组之间没有明显差异。
在2个最高强度的tDCS刺激（3mA-20 min, 3mA-30 min）下，诱发的可塑性效果一直延长到后期阶段。
图2. 在年轻老人/年老老人组中阳极tDCS对运动皮层兴奋性的早、晚、极晚期的影响（早期：0-30 min）、晚期（60-120 min）, 极晚期（当天晚上-第二天早上）
4.结论
本研究揭示了刺激量在tDCS刺激诱发的健康老年人群运动皮质神经可塑性效果中的作用，并提供了针对初级运动皮质区的tDCS刺激最佳方案的关键信息。这些结果可能为制定最佳刺激方案奠定理论基础，以恢复不同皮质区域的神经可塑性，并在正常老化和病理条件下诱导可长期持续的功能相关可塑性。不过，未来尚需要对各个靶区进行系统的tDCS刺激研究。
5.参考文献及DOI号
Farnad, L., Ghasemian-Shirvan, E., Mosayebi-Samani, M., Kuo, M. F., & Nitsche, M. A. (2021). Exploring and optimizing the neuroplastic effects of anodal transcranial direct current stimulation over the primary motor cortex of older humans. Brain Stimulation, 14(3), 622-634.
Doi: 10.1016/j.brs.2021.03.013
