脑筋转不动?来,充充电试试!尽管这听起来像是科幻小说里的奇谈怪论,认知神经科学却正在一本正经地探讨这个想法的可行性。给大脑“充电”的经颅电刺激技术(transcranial current stimulation, tES)正在研究界崭露头角。
经颅电刺激通过外置电源和放置在头皮表面的电极,对人脑施加微弱的直流、交流或者随机强度的电刺激,最大电流强度通常在1~2mA之间,单次刺激时间一般小于30分钟。
过去十几年间,经颅电刺激调节注意、记忆、语言和创造力的积极证据层出不穷,也有大量研究提示该技术对于神经及精神疾病症状的缓解作用。看起来,人们似乎很快就要考虑为大脑购买“电池”了。不过,事情可没有那么简单。
难以琢磨的电刺激效应。经颅电刺激技术在发展之初有一些简单粗暴的假设。比如,正极刺激会引起电极下皮层兴奋性的提高,提升相应的认知功能,而负极刺激会引起电极下皮层兴奋性的减弱,降低相应的认知功能。早期的经颅电刺激研究通常聚焦运动皮层和运动功能,研究结果基本支持这个假设。然而,当人们运用经颅电刺激来研究高级皮层区域时,这个假设时而应验,时而反转。
汝之蜜糖,彼之砒霜。更麻烦的事情是:电刺激效果似乎因人而异。近年来,越来越多的研究发现经颅电刺激效应存在巨大的个体差异。如果刺激效应仅仅是两种:积极作用和没有作用,那么这项技术是安全的,没有效应的情况就权当安慰剂吧。可是,如果刺激效应不仅仅包含积极作用、没有作用,还包含消极作用,甚至副作用,那么人们就该三思而后行了。
基于神经影像的刺激前筛查。
我们认为刺激前筛查(pre-stimulation screening)能够事先评估个体是否适合接受经颅电刺激,是经颅电刺激应用标准化的必要一环。为了证明这一设想的必要性和可行性,我们研究了针对颞顶联合(Temporoparietal junction, TPJ)的经颅电刺激效应。TPJ位于颞叶、顶叶和枕页的交界处,与人的社会认知功能息息相关。
多项研究表明,利用无创神经调控技术刺激右侧TPJ能够增强社会认知功能,有望实现对神经及精神性疾病的物理治疗。我们招募了一组健康年轻成人参与了我们的研究,采用功能核磁共振影像(fMRI)计算他们的大脑功能偏侧化,即大脑在社会认知活动中左右侧TPJ的激活不对称性,同时采集了参与人在左侧TPJ刺激,右侧TPJ刺激和虚假刺激三种条件下的社会认知功能任务成绩。
这项研究作为封底内页故事发表在2020年第4期的Advanced Science杂志。该论文论证了刺激前评估的必要性,建立了一个易于使用的刺激前筛查流程,有助于推进经颅电刺激标准化流程的指定,预防经颅电刺激的滥用。
该项工作由中科院合肥研究院健康与医学技术所李海、王宏志课题组和中国科学技术大学生命和医学学部张效初课题组合作完成,李海研究员和张效初教授是该论文的共同通讯作者,杨立状副研究员是该论文的第一作者。本项目得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院青促会基金、中科院仪器设备功能开发项目的支持。