【背景分析】

經(jīng)顱直流電(tDCS)作為一種非侵入性腦刺激技術，誕生至今已有數(shù)十年歷史，且已被廣泛接受。它的原理是通過施加微弱的直流電，改變大腦皮質活動和興奮性。例如，在背外側前額葉皮層(DLPFC)施加tDCS干預，可以調節(jié)前額葉皮層功能的認知功能，尤其是注意力控制和執(zhí)行功能。但其中的機制，一直沒有明確的結論。

【研究進展】

2019年，來自日本金澤大學、濱松大學的學者，在《Translational Psychiatry》上發(fā)表了研究報告指出：多巴胺是認知控制的關鍵神經(jīng)遞質，tDCS通過激活多巴胺系統(tǒng)，改善認知，增強注意力。

越來越多的證據(jù)表明，多巴胺系統(tǒng)與注意力之間有著密切聯(lián)系。例如，注意力缺陷多動障礙(ADHD)的研究中，發(fā)現(xiàn)腦部紋狀體多巴胺活性降低，與注意力不集中有關;同時，證明通過增強多巴胺活性，可以改善注意力不集中的問題。

執(zhí)行功能是一套復雜的認知過程，包括工作記憶、注意力控制(即注意力的四個維度，穩(wěn)定性、廣度、分配和轉移 )、計劃、推理、問題解決、抑制控制等，而多巴胺系統(tǒng)和執(zhí)行功能之間也有著密切的關系。

綜上，研究團隊認為，tDCS通過增強紋狀體多巴胺釋放，提高青少年注意力和執(zhí)行功能。

【試驗分析】

為了驗證“tDCS通過增強紋狀體多巴胺釋放，提高青少年注意力和執(zhí)行功能”的結論，研究人員設計了一項隨機、對照、雙盲、交叉研究。試驗流程如下圖所示：

首先，將參與者分為試驗組和對照組，試驗組進行2次(中間間隔20分鐘)，每次13分鐘，合計26分鐘的tDCS干預(電流強度為2mA，作用于DLPFC)，對照組進行偽刺激(使用外形相同的設備，但并不進行tDCS干預)。在刺激后140分鐘內，進行正電子發(fā)射斷層掃描(PET)、磁共振成像(MRI)和GABA磁共振波譜(MRS)。

一個月后，試驗組和對照組進行人員互換，重復上一次的過程，除了PET、MRI、MRS檢測外，還使用MEGA-PRESS序列的光譜測量儀，檢測GABA和其他腦代謝產(chǎn)物。

【試驗結果】

高分辨率腦部PET掃描顯示，通過雷氯必利水平(多巴胺D2受體正電子示蹤劑)變化減少的百分比，觀察tDCS干預后，各腦區(qū)多巴胺濃度的變化情況。其中橙色表示tDCS干預情況，藍色表示偽刺激干預情況。(說明：雷氯必利結合電位降低，即百分比減低，意味著多巴胺釋放增加。)

如上圖所示，tDCS干預后，試驗組和對照組，小腦處多巴胺釋放無明顯差異;

如上圖所示，tDCS干預后，試驗組和對照組，殼核(基底節(jié)區(qū)的一部分，位于丘腦的外側)處多巴胺釋放無明顯差異;

如上圖所示，tDCS干預后，試驗組和對照組，右側腹側紋狀體處，試驗組多巴胺釋放明顯高于對照組。(即雷氯必利百分比降低，意味著多巴胺釋放增加)

如上圖所示，磁共振成像(MRI)指出了多巴胺釋放增加的腦區(qū)——右側腹側紋狀體，與正電子發(fā)射斷層掃描(PET)結論一致。

如上圖所示，反應了雷氯必利水平與RTI(Reaction time, response tointervention, RTI，是反應注意力水平的重要指標)反應時間準確度/標準偏差之間的關系。腹側紋狀體的較低雷氯必利水平(即較高濃度的多巴胺)對應于RIT中反應時間的更高準確度和更低標準偏差。

如上圖所示，經(jīng)過tDCS干預后，提高了RTI的準確性，由此也驗證了tDCS干預→腹側紋狀體的多巴胺濃度升高(即較低雷氯必利水平)→提升注意力水平。

【研究結論】

綜上所述，首先驗證了研究團隊的假設，即tDCS通過增強紋狀體多巴胺釋放，提高青少年注意力和執(zhí)行功能。

另一方面，tDCS誘導的多巴胺釋放，伴隨的注意力改善，不僅適用于青少年和健康人群，由于紋狀體中的多巴胺傳遞能力會隨著年齡的增長而下降，由此會引發(fā)老年人出現(xiàn)注意力、認知能力退化，增加患帕金森病的風險，因此基于上述研究成果，tDCS在中老年人群中，同樣具備良好的應用前景。

【參考文獻】

Fukai M , Bunai T , Hirosawa T , et al. Endogenous dopamine release under transcranial direct-current stimulation governs enhanced attention: a study with positron emission tomography.[J]. Nature Publishing Group, 2019(1).