经颅直流电刺激联合哌甲酯对认知控制的神经生理学新发现

为探究增益控制调节对认知控制的影响，研究人员开展 tDCS 与 MPH 联合研究，发现二者联用可增强认知控制111。

　　在日常生活中，我们常常需要在复杂的信息环境里做出正确反应，这背后依靠的是大脑的认知控制能力。比如开车时，既要注意交通信号灯，又要留意周围车辆和行人，大脑必须快速处理这些信息，做出正确的驾驶决策。然而，目前关于如何更好地增强认知控制，科学界仍有许多未解之谜。现有研究表明，神经元增益控制对冲突解决至关重要，它能提升信息处理效率，但无论是通过药物干预还是大脑刺激手段来增强增益控制，都面临着一定的极限。同时，在认知控制的研究领域，将经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）与药物干预相结合的研究非常少，二者联合使用对行为准确性和大脑振荡的影响，尤其是在引发有意识和潜意识冲突的认知任务中，几乎未被探究。为了填补这些研究空白，来自德国德累斯顿工业大学（TU Dresden）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为理解认知控制的神经机制提供了新的视角。

研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设计上，采用混合设计，以阳极 tDCS（real vs. sham）和实验条件作为组内因素，药理组（安慰剂 vs. MPH）和刺激顺序（第一次或第二次实验接受主动 tDCS）作为组间因素。实验对象为 105 名健康成年人，通过伪随机化分组，确保各亚组人数相等，且分组过程是随机和双盲的。在实验过程中，使用了空间侧翼任务（flanker task）结合先前的阈下启动（subliminal primes）来诱发冲突。同时，运用脑电图（electroencephalography，EEG）记录大脑的 α 波和 θ 波活动，以此来评估神经元机制。还采用了源估计和波束形成分析等技术，探究神经解剖学来源。

下面来看具体的研究结果：

1. 行为学数据
   • 任务效应：研究重复了典型的任务效应，即启动兼容性（prime compatibility）和侧翼一致性（flanker congruency）对准确率有显著影响，在一致 / 兼容的试验中准确率更高。而且启动兼容性和侧翼一致性之间存在交互作用，进一步分析发现，在不兼容侧翼试验中，启动兼容性效应更大；在不兼容启动试验中，侧翼一致性效应更大23。
   • 药理组和 tDCS 刺激效应：对准确率进行重复测量方差分析发现，tDCS、刺激顺序、启动兼容性、侧翼一致性和药理组之间存在交互作用。进一步分析表明，只有在第二次实验接受主动 tDCS 时，药理组之间才出现显著差异。在高冲突条件下，安慰剂组的侧翼一致性效应和启动兼容性效应比 MPH 组更大。在反应时间方面，MPH 组整体反应更快，且侧翼一致性和药理组之间存在交互作用，安慰剂组的侧翼效应更大45。
   
   
2. 神经生理学：基于行为学数据发现第二次实验接受主动 tDCS 时药理组差异显著，后续神经生理学分析聚焦于此。通过聚类置换检验（cluster-based permutation tests，CBPTs）发现，在不相容启动试验和不一致侧翼试验中，α 波和 θ 波活动存在显著负差异，这意味着在这些困难条件下，大脑的 α 波和 θ 波功率更高。在源水平上，DBSCAN 算法识别出多个负簇，表明不相容启动和不一致侧翼对大脑处理系统的影响更大67。
3. 不同效应相关脑区
   • 启动效应：在两种频率带和药理组中，启动效应（在不一致侧翼试验中）与（前）辅助运动区 [（pre）supplementary motor area，（pre）SMA] 的负簇相关。θ 波活动（theta band activity，TBA）在认知控制需求高时升高，α 波活动（alpha band activity，ABA）对 TBA 相关的认知控制过程至关重要。当 tDCS 和 MPH 联用时，能更好地抑制干扰信息处理。此外，在高冲突时，安慰剂组的枕颞区 ABA 会增加，这可能是一种补偿机制89。
   • 侧翼效应：侧翼效应（在不兼容启动试验中）与跨频率带和药理组的中前额叶区域负簇相关。当 tDCS 和 MPH 联合时，左侧下额叶 gyrus（left inferior frontal gyrus，left IFG）出现额外的 ABA 簇，这可能是因为二者联用使中前额叶区域超出最佳功能水平，从而招募了 left IFG。同时，侧翼效应还与右侧前颞叶和内侧颞叶、左右颞极的 TBA 相关，表明这些脑区在干扰控制中发挥作用1012。
   • 共享冲突效应：在高冲突场景中，有意识和潜意识诱发的冲突都与（pre）SMA 的活动调制相关，可能反映了增益控制。中前额叶的大脑活动可能反映了目标屏蔽过程，有助于在干扰输入中稳定目标表征。当通过 tDCS 调节增益控制时，冲突试验中的 ABA 和 TBA 增加，表明增益控制增强1314。
   
   

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 tDCS 和 tDCS + MPH 对潜意识和意识诱发的反应冲突的调节作用。与单独使用 tDCS 相比，联合儿茶酚胺增强（通过 MPH）和 tDCS 能在两种冲突类型同时存在时，更大程度地增强增益诱导的认知控制，减少反应冲突。而且，二者在认知控制相关的中前额叶区域对 TBA 和 ABA 有类似的调节作用，这支持了 tDCS 和 MPH 通过共同的神经元机制（神经元增益控制）发挥作用的假设。不过，研究也存在一些局限性，比如 tDCS 可能影响多个脑区，且未评估参与者是否能辨别实验条件，实验中的顺序效应也不明确是由任务学习还是自动化导致的。尽管如此，这项研究为认知控制的神经机制提供了重要的见解，为未来相关领域的研究奠定了基础，有助于进一步探索如何优化大脑的认知控制功能，对理解大脑在复杂环境中的信息处理机制具有重要意义。