在线经颅交流电刺激（tDCS）对α和θ频段在执行功能潜在变量指标的影响

《Neuropsychologia》：Effects of online prefrontal transcranial alternating current stimulation in the alpha and theta frequency bands on latent-variable measures of executive functions

执行功能研究使用经颅交流电刺激发现前额叶alpha振荡起关键作用，潜伏变量分析揭示性别特异性效应，支持多任务评估方法在神经调制研究中的价值。

　　在现代认知科学的研究中，执行功能（Executive Functions, EFs）被认为是高级认知过程，它们对于个体实现目标导向的行为至关重要。这些功能通常包括抑制干扰、任务转换、工作记忆维护、流畅性表现以及计划等，它们通过协调大脑中多个区域的活动，使得个体能够灵活应对新信息或意外情况。执行功能不仅影响日常生活的各种行为，还与更广泛的神经网络活动密切相关，特别是与前额叶皮层（Prefrontal Cortex, PFC）的神经振荡动态有关。这些振荡活动在不同的频率范围内（如alpha波和theta波）表现出特定的模式，从而支持执行功能的运作。

研究发现，前额叶皮层的alpha波（10 Hz）和theta波（6 Hz）振荡活动在执行功能的表现中发挥着关键作用。通过电生理学研究，科学家们已经观察到这些频率范围内的神经活动与执行功能任务之间的紧密联系。例如，在视觉工作记忆任务中，alpha波和theta波之间的相干性和相位同步性增加，这表明它们在维持和更新信息方面的重要性。此外，在任务转换过程中，theta波在前额叶-顶叶网络中的活动增强，进一步支持了这些频率对执行功能的支持作用。

为了更深入地理解这些神经振荡如何影响执行功能，研究人员采用了非侵入式脑刺激（Non-Invasive Brain Stimulation, NIBS）技术，尤其是通过头皮电极施加特定频率的交流电流（Transcranial Alternating Current Stimulation, tACS）。tACS能够直接调节大脑中的神经振荡活动，其作用机制涉及对目标频率范围内神经活动的增强或抑制。已有研究表明，tACS在增强执行功能方面具有一定的潜力，尤其是在与前额叶皮层相关的任务中。然而，大多数相关研究主要依赖于单一任务的表现来评估执行功能的改善，这可能无法全面反映执行功能的整体表现，因为单一任务通常涉及多种认知过程，包括非执行性功能。

为了解决这一问题，本研究采用了更为综合的方法，即通过多任务评估工具——NIH EXAMINER，来获取执行功能的潜在变量（latent-variable）得分。这种方法能够捕捉多个执行功能任务中的共享变异，从而更准确地反映执行功能的整体状态。NIH EXAMINER包含四个主要的执行功能成分：认知控制、工作记忆、流畅性以及一个共同的执行功能成分。通过这种方法，研究者能够更清晰地区分出执行功能中与特定任务相关的部分和更广泛的共同成分。

在本研究中，共有24名健康受试者参与，其中16名女性，年龄范围为19至27岁，平均年龄为22.25岁。研究采用双盲、假刺激对照的设计，确保结果的可靠性。受试者在实验过程中接受了在线的前额叶皮层tACS刺激，分别在alpha波（10 Hz）和theta波（6 Hz）频率下进行。实验结果表明，alpha波刺激显著提高了两个与执行功能相关的主要成分得分：共同执行功能和认知控制，其效应量较大。相比之下，theta波刺激对任务得分的影响较小且更为有限。

研究还发现，受试者的生物性别可能影响tACS的效果。具体而言，alpha波刺激的效果主要出现在女性受试者中，这表明个体差异可能在神经振荡调控执行功能的过程中起着重要作用。这种性别特异性反应可能是由于不同性别在神经结构和功能上的差异，或者与个体对刺激的感知和反应机制有关。这一发现不仅有助于更深入地理解执行功能的神经基础，也为未来的个性化干预提供了依据。

本研究的结果支持了前额叶皮层alpha波振荡在执行功能中的因果作用。同时，它也强调了在神经调控研究中采用潜在变量方法的重要性。潜在变量方法能够更全面地评估执行功能的整体表现，避免因单一任务的局限性而导致的误判。此外，本研究还探讨了潜在变量得分与任务得分之间的关系，发现tACS在潜在变量层面的效果可能与任务层面的效果并不完全一致。这提示我们，虽然某些任务得分可能受到刺激的影响，但潜在变量得分更能反映执行功能的整体变化。

通过这种方法，本研究不仅扩展了我们对前额叶皮层alpha波和theta波在执行功能中的作用的理解，还为未来的研究提供了新的视角。例如，研究者可以进一步探讨不同频率的tACS对执行功能不同成分的具体影响，以及如何通过优化刺激参数来最大化其效果。此外，结合个体化的电场建模技术，可以更精确地预测刺激在大脑中的分布和剂量，从而提高干预的针对性和有效性。

在实际应用中，这些发现可能对临床治疗和认知训练产生深远影响。执行功能的障碍与多种心理疾病有关，如注意力缺陷多动障碍（ADHD）、抑郁症和焦虑症等。通过tACS调节特定频率的神经振荡，可能为这些疾病的治疗提供新的手段。此外，对于健康个体而言，tACS可能被用于提升认知能力，特别是在需要高度集中注意力和快速决策的任务中。

然而，尽管本研究提供了重要的证据，仍有一些问题需要进一步探讨。例如，不同频率的tACS对执行功能的不同成分的具体作用机制尚不明确。此外，个体差异在tACS效果中的具体影响因素，如年龄、性别、基线执行功能水平等，也需要更深入的研究。这些因素可能会影响神经振荡的响应和执行功能的改善程度，因此在未来的实验设计中需要考虑这些变量。

综上所述，本研究通过采用潜在变量方法和双盲实验设计，为理解前额叶皮层神经振荡在执行功能中的作用提供了新的证据。它不仅验证了alpha波和theta波在执行功能中的重要性，还强调了潜在变量方法在神经调控研究中的价值。未来的研究可以在此基础上，进一步探索不同频率和刺激参数对执行功能的具体影响，以及如何通过个体化的干预策略来优化这些效果。这将有助于推动神经调控技术在认知科学和临床实践中的应用和发展。