经颅直流电刺激多方面概述

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1、经颅直流电刺激技术摘要：经颅直流电刺激是一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流电调节大脑皮层神经元活动的技术。本文简要回顾其起源和发展,着重介绍其机制，以及安全性和应用，问题和展望。目前观点认为,经颅直流电刺激可能通过改变对大脑皮层神经元电学特性，对膜受体影响，以及对学习记忆功能的影响等途径发挥脑功能的作用。经颅直流电刺激作为一种新的,无创的,有效的治疗方法被广泛应用于神经系统损伤患者的研究中,为这样患者的康复带来新的希望。 关键词：经颅直流电刺激；机制；进展；应用一、经颅直流电刺激技术简介近年来，在现代生活中，人们对于癫痫、慢性疼痛等疾病的关注越来越多，神经刺

2、激技术越来越受到大众的关注，经颅直流电刺激（tDCS）、深部脑刺激（DBS）、经颅磁刺激（TMS）技术开始得到快速发展，其中有侵入式脑刺激（如DBS），和非侵入式脑刺激之分，非侵入式脑刺激有tDCS、TMS、低能激光、超声。本世纪以来经颅直流电刺激技术不断发展，逐渐成为认知神经科学、神经康复医学、神经病学的研究热点。主要应用领域涉及多种神经及神经类疾病。经颅直流电刺激（tDCS，Transcranialdirext-current stimulation）是一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流电(0-2mA) 调节大脑皮层神经元活动的技术[1]。tDCS 有两

3、个不同的电极及其供电电池设备，外加一个控制软件设置刺激类型的输出。tDCS通过在头皮上特定区域放置电极，然后刺激器向大脑输送低强度的直流电来引起颅内产生电流。此特定区域的颅内电流则会基于不同类型的刺激而提高或降低神经元的兴奋性，而神经元兴奋性则会引起大脑功能性转变。经颅直流电刺激仪如下图1所示。图1.经颅直流电刺激仪刺激方式包括3种，即阳极刺激、阴极刺激和伪刺激。阳极刺激通常能增强刺激部位神经元的兴奋性，阴极刺激则降低刺激部位神经元的兴奋性。已有样板显示阴极刺激可以用来治疗大脑特定区域过度兴奋引起的心理障碍，阴极刺激可以降低神经元的兴奋性，使其达到一个稳定的级

4、别。伪刺激多的重要性在于其可以控制刺激，在进行伪刺激时，刺激器发出一个刺激电流，但是在剩余时间里刺激器不提供电流刺激，在伪刺激过程中，病人不知道他们没有被电流持续刺激，如此一来，便为实验提供了一个可控的条件，比如你可以进行双盲实验，如果没有伪刺激的功能，则阳极或者阴极刺激的效果无法被证明[2]。二、对脑部的调制作用及其细胞学机制1.对大脑皮层神经元电学特性的影响与其他非侵入性脑刺激技术如经颅磁刺激不同，tDCS不是通过阈上刺激引起神经元放电，而是通过调节自发性神经元网络活性而发挥作用。研究认为，tDCS的主要机制之一是它可以改变神经元的静息电位。神经生理实验证

5、明，神经元通过放电频率改变对静态电场(直流电)起反应。因此当tDCS的正极或阳极靠近神经元胞体或树突时，静息电位会降低，神经元自发放电增加，产生去极化，从而激活细胞的活性；而电场方向颠倒时神经元放电减少，则发生超极化，从而降低细胞的活性。这一现象可用TMS在tDCS前后检测运动诱发电位（MEP）或运动阈值（MT），tDCS的正极部位引发MEP幅度增加，MT减小。这说明阳极刺激提高皮层神经元的兴奋性而阴极刺激降低兴奋性。tDCS影响的只是已经处于活动状态的神经元，不会使处于休眠状态的神经元放电。阳极tDCS提高兴奋性的作用与离子通道有关。离体的研究结果显示阳极t

6、DCS的兴奋作用被电压依赖的钠通道和钙通道的拮抗剂阻断。tDCS不仅能调节单个神经元的活动，而且能影响多个神经元和神经元群的整体活动。tDCS还可以调控静息状态的δ和θ频段的脑电活动。动物研究表明兴奋性的变化反映在自发性放电率和对传入的突触输入的响应能力上。正是这种初级的极化机制成为了低强度直流电对人类大脑皮层兴奋性产生即刻作用的基础。2.对膜受体影响除了即刻作用外，tDCS同样具有刺激后效应，如果刺激时间持续足够长，刺激结束后皮质兴奋性的改变可持续达1h。因此，其作用机制不能单一的用神经元膜电位极化来解释。进一步的研究证实，tDCS除了改变膜电位的极性外，还

7、可以调节突触的微环境，如改变NMDA受体或GABA的活性，从而起到调节突触可塑性的作用。在大鼠的实验中，可以发现阳极tDCS刺激可以诱导与N-甲基-D-天冬氨基酸（NMDA）受体有关的长时程增强（LTP）。有研究表明，tDCS在突触水平的参与不只涉及NMDA这种谷氨酰能蛋白，还可能有γ-氨基丁酸能（GABA）、多巴胺以及其他蛋白系统的修饰而使突触可塑性增加。3.对学习记忆功能的影响与其功能相关的另一主要效应是后效应，即在刺激停止之后，刺激作用依然持续一段时间。这是tDCS发挥治疗作用的关键效应。后效应的持续时间与电流强度、刺激时间以及刺激次数有关。tDCS的后

8、效应与其影响神经元之间的突触连接功能，