tDCS等神經(jīng)調(diào)控技術(shù)改善睡眠、提升學(xué)習(xí)能力的研究

【背景知識】

自2010年以后,通過以tDCS為代表的無創(chuàng)腦刺激技術(shù)(non-invasive brain stimulation,NBS)對于學(xué)習(xí)能力提升的研究,逐漸成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題,研究方向主要集中在提高注意力、提高計算速度和準(zhǔn)確率等方面。

除了tDCS技術(shù)外,還有經(jīng)顱交流微電流(transcranial Alternating Current Stimulation,tACS)、經(jīng)顱微電流刺激(Cranial electrotherapy stimulation,CES)等技術(shù)。他們的原理,都是通過向大腦傳遞微弱電流,從而進(jìn)行神經(jīng)調(diào)節(jié),選擇性的影響運(yùn)動、視覺、聽覺、感知功能以及記憶、學(xué)習(xí)等高級認(rèn)知功能。

經(jīng)顱交流微電流(tACS)設(shè)備

隨著技術(shù)的發(fā)展,目前已經(jīng)可以做到將tDCS、tACS、CES的功能整合到一部儀器上,從而發(fā)揮各項技術(shù)的優(yōu)勢。

【改善失眠焦慮】

由于學(xué)習(xí)壓力大,很多青少年經(jīng)常失眠、并因此導(dǎo)致出現(xiàn)焦慮情緒,影響學(xué)習(xí)的同時,更影響身體健康;同時,很多成年人也因為工作、生活壓力,長期失眠,影響工作和學(xué)習(xí)。

臨床試驗發(fā)現(xiàn),對于失眠,采用tDCS+CES聯(lián)合干預(yù)的方式,效果顯著。它通過將電極置于耳垂,電流大小約1~ 500μA,頻率一般為0.5~100Hz,通過將特定波形傳導(dǎo)至大腦,從而調(diào)節(jié)大腦神經(jīng)遞質(zhì)和應(yīng)激激素的分泌,改善異常腦電波。在第四屆全國中醫(yī)睡眠醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)研討會上,原第四軍醫(yī)大學(xué)(現(xiàn)空軍軍醫(yī)大學(xué))的專家就指出,這種聯(lián)合干預(yù)的方式有四大優(yōu)勢,包括:

1、促使身體分泌能夠調(diào)節(jié)個體情緒與認(rèn)知的神經(jīng)介質(zhì);

2、影響和改善異常腦電波,使其回到正常的狀態(tài),提高α波的功率;

3、降低應(yīng)激素分泌;

4、迅速改善生理信號,調(diào)節(jié)情緒狀態(tài)。

他們的臨床試驗也驗證了這些觀點(diǎn)。通過對50位患有失眠癥的患者,采用每天60分鐘,連續(xù)10-12天的干預(yù)。治療前,入睡困難患者的入睡前所需時間大于30分鐘, 平均睡眠時間 3-5小時;治療后,入睡所需時間縮短到小于30分鐘,平均睡眠時間大于6.5小時,睡眠質(zhì)量明顯得到改善。

國外的一項雙盲對比試驗也發(fā)現(xiàn),采用0.05Hz,100μA的方案(對照組采取電流淡入淡出),受試者每天接受60分鐘治療,持續(xù)時間為4周,試驗組患者入睡時間縮短、睡眠總時長增加,且效果持久。

【提高學(xué)習(xí)能力】

學(xué)習(xí)是一種高級認(rèn)知功能,涉及多項能力、需要多個腦區(qū)協(xié)調(diào)運(yùn)作。目前這方面的研究,主要集中在提高課堂注意力、提高計算準(zhǔn)確率和計算速度方面。

與tDCS采用0.5-2mA的直流電不同,tACS采用的是正弦波交流電(一般是0~500μA)其頻率可調(diào)(通常在64赫茲以內(nèi))影響大腦皮層振蕩活動,提升視覺、聽覺、感知覺的靈敏度。

研究發(fā)現(xiàn)tACS通過調(diào)節(jié)個體的腦波頻率,可以提升記憶能力,提高聽課效率。根據(jù)發(fā)表在《Behavioural Brain Research》上的一份對比研究,發(fā)現(xiàn)采用10Hz 和20Hz的干預(yù)方案,都提高了學(xué)生完成計算的速度,并且在20Hz的干預(yù)下,同時還提高了學(xué)生的記憶力。這表明通過調(diào)節(jié)學(xué)生α和β波頻率,學(xué)習(xí)有促進(jìn)作用。

近年來,國內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行的多項試驗,發(fā)現(xiàn)不同的干預(yù)方案,能取得不同的效果。如采用10Hz的干預(yù)方案,學(xué)生的創(chuàng)造力指數(shù)提升了7.4%;采用4Hz的干預(yù)方案,可以誘發(fā)聽覺皮層的振蕩活動,提高聽覺;采用40Hz的干預(yù)方案,可以提高人的面孔識別能力,為改善情緒調(diào)節(jié)提供了依據(jù)。

下面是國內(nèi)的一項試驗。

選取15名健康的學(xué)生(8男7女),分別進(jìn)行alpha(α)、beta(β)、theta(θ)、sham干預(yù),并以四則運(yùn)算來檢查干預(yù)效果,結(jié)果如下圖所示。

上述結(jié)果表明,alpha頻率可以提高學(xué)生的反應(yīng)能力,進(jìn)而降低完成計算題所用時間;在更復(fù)雜的心理旋轉(zhuǎn)實驗中,該結(jié)果也得到了進(jìn)一步的驗證。

關(guān)于tDCS和tACS的干預(yù)效果,也有相關(guān)研究。在采用標(biāo)準(zhǔn)心理旋轉(zhuǎn)實驗下,參與試驗的學(xué)生,反應(yīng)時縮短、準(zhǔn)確率提升、推理能力增強(qiáng)。不過tDCS在反應(yīng)時、同步指數(shù)、相關(guān)系數(shù)、有效連接等方面,略強(qiáng)于tACS組(如下圖所示)

【研究結(jié)論】

綜上所示,以tDCS為代表的神經(jīng)調(diào)控技術(shù),可以有效改善失眠焦慮、提升注意力、縮短計算用時并提升準(zhǔn)確率,同時tDCS技術(shù)與CES、tACS相結(jié)合,可以取得1+1>2的效果。

【參考文獻(xiàn)】

劉曄. 基于心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知加工過程的經(jīng)顱交流電刺激效應(yīng)研究[D]. 河北工業(yè)大學(xué).

石靜. tACS與tDCS對心理旋轉(zhuǎn)認(rèn)知任務(wù)影響的研究[D]. 河北工業(yè)大學(xué), 2017.

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