【背景分析】
自2000年起，通過微弱電流刺激大腦特殊部位，以達到改善認知、增強記憶的研究，逐步興起。經過20多年的發(fā)展，已經形成了以經顱直流電干預(tDCS)、經顱交流電刺干預(tACS)、隨機噪聲干預(tRNS)、脈沖電流干預和慢振蕩干預等多種技術模式。
其中，應用最為廣泛的是經顱直流電干預(tDCS)和經顱交流電刺干預(tACS)。在學習方面的應用，主要體現(xiàn)在提高記憶力、注意力、工作記憶能力等，尤其是在數學方面，能夠提高計算準確率、縮短計算用時，提升應用題、空間幾何題的解題能力。
【研究進展】
來自奧地利格拉茨大學的約亨·莫斯巴赫(Jochen A. Mosbacher)教授，和來自哥廷根大學數學研究所的斯特凡·哈弗沙伊德(Stefan Halverscheid)教授領導的科研團隊，采用通過對137名不同年級的學生，進行了三組干預方案的對比研究，研究哪種干預方式對提升學生能力、進而提升數學成績最為有效。
三種干預方案分別是：1、經顱直流電刺干預(tDCS)，2、α波段經顱交流電干預(tACS-α)，3、θ波段經顱交流電干預(tACS-θ)。
研究發(fā)現(xiàn)，三種干預方案都提升了學生的數學能力，其中θ波段經顱交流電干預(tACS-θ)效果最為明顯，主要表現(xiàn)在：
1、提高了學習效率，特別在新知識學習方面，能更加快速的和所學知識建立聯(lián)系;
2、提升計算能力，計算的正確率、計算用時都有明顯提高;
3、提高了抗干擾能力，特別是在考試中，遇到干擾(包括試驗人員故意制造的噪聲干擾、考試題中故意設置的超綱題目干擾)依然能穩(wěn)定發(fā)揮。
【試驗說明】
本次研究，共有137名學生參與，其中男生89人，女生48人，共分為7組。分別是偽刺激(Sham組)、接受左額陽極tDCS干預組(tDCS-f)、接受左頂葉陽極tDCS干預組(tDCS-p)、接受左額或頂葉tACS-α波段干預組(alpha-tACS-f、alpha-tACS-p)、接受左額或頂葉tACS-θ波段干預組(theta-tACS-f、theta-tACS-p)。
tDCS干預方案：初始設定為每次1mA，25分鐘，其中電流強度在30秒內從0達到1mA，然后根據學生情況調整，最高為1.5mA;
tACS干預方案：干預波段包含θ波段3-6 Hz、低α波段8-10 Hz、 高α波段10-13 Hz、β波段13-30 Hz，干預同時通過EGG監(jiān)控學生大腦變化。
試驗過程如下圖所示(以tACS-α波段干預為例，其他各組試驗流程相同)：
準備階段：上圖左側灰色部分所示，學生收到試驗說明，然后工作人員分兩次采集學生腦電(第一次是tDCS或tACS干預，但不做題時候的腦電;第二次是安靜狀態(tài)下的腦電)，作為初始數據;
干預階段：上圖中間藍色部分(Block1-5)部分，試卷將題目平均分為5個單元，學生做第1單元不干預，第2、3單元進行tDCS或tACS干預，第4、5單元不進行干預，每個單元中間休息1分鐘，并全程測量學生腦電(EGG)變化;
結束階段：上圖右側灰色部分所示，做完試卷后，在測量一次學生處于安靜狀態(tài)下的腦電。
說明：試驗包括計算能力測試、新知識學習測試等，在不同的測試中，Block1-5的內容也不同。如在計算能力測試中已若干道四則運算題目為一個單元(Block)，在新知識學習測試中則以概念說明+例題+練習一個單元(Block)。
【結果分析】
如上圖所示，統(tǒng)計了在新知識學習過程中，每組學生需要重復檢索(如向前查看概念、例題)的次數結果，tACS-θ波段干預組重復檢索的次數最少，其他試驗結果與之類似，這里不再贅述。
如上圖所示，為了驗證不同干預方案，測試成績與各腦電變化的關系，試驗人員對比了各組學生試驗中從開始干預、結束干預、干預結束后(約10分鐘)三個階段腦電各波段變化情況(θ波段-theta、低α波段-lower-alpha、 高α波-upper-alpha、β波段-Bata)
可以明顯看出，θ波段-theta的變化最為明顯。干預過程中，降低了各個腦區(qū)θ波段的頻率;而隨著干預結束，各腦區(qū)θ波段又恢復到干預前甚至更高;這也解釋了為什么tACS-θ波段干預組在測試中成績更為優(yōu)秀的原因。
【安全性分析】
如上圖所示，試驗中主要不適感為刺痛或瘙癢，感覺等級均在2級以下(1~5級，分別為1級-幾乎感覺不到、2級-感覺輕微、3級-有明顯感覺、4級-有明顯感覺但不影響使用、5級-感覺明顯無法繼續(xù)使用)，說明無論是tDCS干預還是tACS干預，都是符合安全標準的。
說明：tDCS和tACS，歐洲各國和美國的安全標準有所區(qū)別。一般采用美國國立衛(wèi)生研究院(National InstitutesofHealth，NIH)推薦的標準，即在使用合適的電極和導電膏條件下，電流密度在<25.46A/㎡為安全范圍。根據這個標準，目前主流的tDCS和tACS設備，電流強度在0.5~2mA，根據模擬試驗的結果，約為0.2~0.5A/㎡，約是該標準的0.5%~1%。
【研究結論】
tDCS和tACS技術，都能提高學生的注意力、記憶力、學生能力。由于每個學生情況不同，操作上需要采取不同的干預方案。
【參考文獻】
Mosbacher J A, Halverscheid S, Pustelnik K, et al. Theta Band Transcranial Alternating Current Stimulation Enhances Arithmetic Learning: A Systematic Comparison of Different Direct and Alternating Current Stimulations[J]. Neuroscience, 2021, 477: 89-105.
（免責聲明：本網站內容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性，但不保證有關資料的準確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，并對任何自主決定的行為負責。本網站對有關資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負任何法律責任。
任何單位或個人認為本網站中的網頁或鏈接內容可能涉嫌侵犯其知識產權或存在不實內容時，應及時向本網站提出書面權利通知或不實情況說明，并提供身份證明、權屬證明及詳細侵權或不實情況證明。本網站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯(lián)系相關文章源頭核實，溝通刪除相關內容或斷開相關鏈接。 ）
