科研成果丨额极的经颅直流电刺激对大脑功能网络的影响

　　深圳市康宁医院老年精神科研究人员任平近期在国际神经科学领域顶级期刊《Cerebral Cortex》上发表了题为《Frontopolar tDCS Induces Frequency-Dependent Changes of Spontaneous Low-Frequency Fluctuations: A Resting-State fMRI Study》的论文。该研究探讨了经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）作用于额极皮层（Frontopolar cortex）对静息态大脑网络的调控作用。

　　《Cerebral Cortex》为中科院JCR1区期刊（2020年最新升级版），Top期刊，5-year影响因子：6.11。

　　任平为论文的第一作者，深圳市康宁医院老年精神科任平和吴东辉为该论文的通讯作者，市康宁医院为第一和通讯单位。该研究工作受深圳市三名工程（SZSM201812052）、广东省自然科学基金（2020A1515011526）、深圳市科创委（JCYJ20210324133208023）和广东省自然科学基金重大项目（2018B030336001）的支持。

　　为回答上述问题，本研究聚焦于tDCS作用于额极的短时刺激效果，利用静息态功能磁共振技术，对比tDCS作用前后额极功能网络的改变，并进一步探讨了全脑功能网络在刺激前后的变化。

　　研究发现tDCS正极能够有效降低额极的功能网络连接（图1）。通过分析不同频段的磁共振fALFF（fractional amplitude of low-frequency fluctuation）指标，结果显示slow-4（0.027-0.073 Hz）和slow-5（0.01-0.027 Hz）频段的fALFF值在正极和负极tDCS作用下都有明显变化，特别是slow-5频段的改变更为显著（图2）。

　　图1：tDCS正极作用于额极对相关功能网络的影响

　　图2：额极的tDCS对全脑活动性（fALFF）的影响

　　研究中，进一步分析了tDCS对全脑功能连接的影响。基于全脑AAL90个脑区之间的功能连接矩阵，结果显示正极的tDCS能够广泛影响全脑功能网络。

　　而tDCS刺激前的大脑局部活动性（slow-4 fALFF）和功能网络的改变显著相关，特别是前额叶、颞叶和顶叶网络（图3）。

　　此外，相关分析显示fALFF和功能连接在额叶区表现为正相关，而在颞叶区表现为负相关（图4）。

　　图3：正极tDCS显著影响全脑功能网络和活动性

　　图4：fALFF和功能连接改变之间的相关性在额叶和颞叶区域的不同模式

　　本研究首次系统研究了额极的tDCS刺激对全脑功能网络和内在活动性的影响。正极tDCS有效降低了大脑功能连接，暗示微电流可能提高了神经网络的执行效率。而tDCS对大脑局部活动性的影响在不同频段（slow-4 vs. slow-5）有不同效果。

　　此外，基线大脑自发活动性和功能连接改变之间的相关性，可以用来预测经颅电刺激的作用效果。这些发现为揭示tDCS作用的神经机制，以及探索个性化临床干预方案提供了新思路和新证据。

　　Reference：

　　Ren P, Ma MX, Wu DH and Ma YY. Frontopolar tDCS Induces Frequency-Dependent Changes of Spontaneous Low-Frequency Fluctuations: A Resting-State fMRI Study. Cereb Cortex. 2021 Dec. 17.https://academic.oup.com/cercor/advance-article-abstract/doi/10.1093/cercor/bhab432/6464408