高精度经颅直流电刺激治疗脑高级功能障碍的研究进展_张双双.pdf

451 神经疾病与精神卫生2023年6月20日第23卷第6期 Journal of Neuroscience and Mental Health，June 20，2023，Vol.23，No.6脑高级功能需要多个脑区之间协作共同完成，既往研究表明临床多种脑部疾病患者都存在不同程度的脑高级功能障碍1，其治疗往往需要较长的恢复期，显著降低了患者的生活质量。因为脑高级功能障碍往往涉及多种脑高级皮层受损，单一的药物和手术治疗很难取得满意的临床疗效，需要多种治疗手段综合运用，尤其需要神经康复技术的介入。非侵入性脑刺激技术中较为典型的方法是经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）。tDCS是一种耐受性良好的无创性神经调节技术。综述高精度经颅直流电刺激治疗脑高级功能障碍的研究进展张双双 张劼 童奇峰 叶祥明233030 蚌埠医学院研究生院（张双双）；310014 杭州，浙江省人民医院康复医学科（张双双、张劼、童奇峰、叶祥明）；310053 杭州，浙江中医药大学第二临床医学院（童奇峰）通信作者：叶祥明，Email：DOI：10.3969/j.issn.1009-6574.2023.06.012【摘要】中枢神经系统病变或损伤后常合并脑高级功能障碍，部分患者单药物治疗效果不佳，因此迫切需要新的治疗方式辅助药物治疗。高精度经颅直流电刺激作为一种新型的神经康复技术，通过特别设计的高精度电极以低强度的电流作用于特定的脑区，调节大脑皮层神经活动。目前，高精度经颅直流电刺激对于卒中后失语、意识障碍、抑郁症、癫痫后认知障碍等脑高级功能障碍疾病有不同程度的改善。本文从作用原理及机制为切入点，结合国内外研究成果，概述高精度经颅直流电刺激相关研究及其在脑高级功能障碍中的临床应用，旨在对未来的发展提供依据。【关键词】高精度经颅直流电刺激；脑高级功能障碍；神经康复；综述基金项目：浙江省自然科学基金项目（LGF22H170003，LGF20H170011）Research progress on high-definition transcranial direct current stimulation in the treatment of advanced brain dysfunction Zhang Shuangshuang，Zhang Jie，Tong Qifeng，Ye XiangmingGraduate School，Bengbu Medical University，Bengbu 233030，China（Zhang SS）；Department of Rehabilitation，Zhejiang Provincial Peoples Hospital，Hangzhou 310014，China（Zhang SS，Zhang J，Tong QF，Ye XM）；The Second Clinical Medical College，Zhejiang Chinese Medical University，Hangzhou 310053，China（Tong QF）Corresponding author：Ye Xiangming，Email：【Abstract】Central nervous system lesions or injuries are often associated with advanced brain dysfunction，and some patients have poor efficacy in monotherapy.Therefore，there is an urgent need for new treatment methods to assist drug therapy.As a new type of neural rehabilitation technology，high-definition transcranial direct current stimulation regulates the neural activity of the cerebral cortex by acting on specific brain regions with low-intensity current through specially designed high-precision electrodes.At present，high-definition transcranial direct current stimulation has shown varying degrees of improvement in post-stroke aphasia，disturbance of consciousness，depression，cognitive impairment after epilepsy and other advanced brain dysfunction diseases.This article takes the principle and mechanism of action as the starting point，and combines domestic and foreign research results to summarize the research on high-precision transcranial direct current stimulation and its clinical application in advanced brain dysfunction，aiming to provide a basis for future development.【Key words】High-definition transcranial direct current stimulation；Advanced brain dysfunction；Neurological rehabilitation；ReviewFund programs：Zhejiang Natural Science Foundation（F20H170003；LGF20H170011）452 神经疾病与精神卫生2023年6月20日第23卷第6期 Journal of Neuroscience and Mental Health，June 20，2023，Vol.23，No.6tDCS通过头皮电极施加微弱恒定电流来调节皮层兴奋性，对各种神经系统疾病，如意识障碍、失语症，甚至一些神经系统疾病如癫痫并发的认知功能障碍都有一定的治疗作用2。由于传统的tDCS使用大电极垫，刺激的区域相对较大，当一部分电流被头皮分流后，其余的电流被输送到大脑组织，引起大脑皮层兴奋性的扩散性变化3。高精度经颅直流电刺激（high-definition transranial direct current stimulation，HD-tDCS）是新型的非侵入性神经调控技术，是传统tDCS的技术优化，被认为更聚焦、更精确、效果更好4。不同于传统tDCS的较大电极软垫，HD-tDCS通过使用特别设计的小面积、高精度的电极排列，提供更好的靶向局部皮层刺激或抑制及更好的皮层穿透，来调节大脑皮层的神经活性5-8。本文对常见脑高级功能障碍相关疾病的HD-tDCS干预研究进行综述，从而总结其在临床应用中的治疗效果，介绍相关功能机制的研究进展和讨论亟待解决的问题。一、高级脑功能的概述大脑是对内外环境信息进行储存、处理、整合并产生行为的最高中枢，其高级功能包括认知、语言、记忆、思维、情绪、学习等各种心理活动，这些都是参与社会活动不可或缺的功能9-10。中枢神经系统病变或损伤后常合并脑高级功能障碍，包括记忆障碍、注意力障碍、运动障碍以及痴呆和意识障碍等大脑整体功能障碍，直接影响到患者的功能预后及康复治疗10-11。在康复治疗中，需要以一定的方式输入刺激，通过大脑结构和功能网络的重建或适应性变化以改善神经功能11。神经影像学研究表明，支持语言、执行功能、记忆等高级脑功能的脑区主要包括Broca区、前额叶、楔前叶、背外侧前额叶皮层、额叶等脑区。因此，根据不同的靶点选择合适的个体精准化HD-tDCS治疗，可能是提高临床疗效的重要手段，有助于患者恢复脑高级功能，重返社会。二、HD-tDCS的作用机制和治疗原理tDCS的确切作用机制仍在探索中，现提出的作用机制主要是通过改变静息膜电位来调节大脑皮层的神经活性，在预定的电极位置使用阳极或阴极来上调或下调区域皮层神经元放电5。研究发现通过调整HD-tDCS的电极排列方式，可以调节靶区的刺激效果7-8。其中较为常用的电极排列之一是41环，该方法是由覆盖在目标皮层区域上的中心环形电极（阳极或阴极）和周围环绕的4个返回电极组成环状限制。与传统的tDCS相比，41环形HD-tDCS可以产生更多的局灶性脑刺激，诱发的皮层兴奋性调节区域被限制在环状电极的范围内，使电场的峰值处在中心电极区域。该电极排列方式提高了刺激的精确性和电流的强度，确保了目标区域的高电流密度，减少对非目标大脑区域刺激的不良反应6，8。通过精确靶向刺激脑高级皮层，HD-tDCS在脑高级功能障碍相关疾病中的应用具有巨大的潜力。三、HD-tDCS治疗脑高级功能障碍中的研究应用（一）失语症失语症是由大脑损伤引起的获得性语言障碍，它可由多种脑部疾病引起，尤其是脑血管病，约1/3卒中患者会发生失语，主要涉及言语生成和言语理解两个方面，引起不同程度的听、说、读、写、计算等方面的障碍12-13。传统的语言治疗难以使患者的语言功能在短期内得到提高，尤其是损伤较重或处于平台期的患者14。在语言领域，大量研究已经表明tDCS在改善健康和失语症个体的语言功能方面的潜力15。但HD-tDCS治疗失语症的研究数量仍较少，作为临床治疗手段的优越性有待进一步证实。Richardson等16比较传统tDCS及HD-tDCS，发现两者均能提高患者命名的准确性和反应时间，但HD-tDCS改善训练词条命名准确性的效果显著高于传统tDCS。Fiori等17对慢性失语症患者进行言语训练的同时进行了右侧Broca区阴极HD-tDCS，结果显示阴极HD-tDCS辅助传统言语训练能够加快慢性失语症患者命名速度，提高其命名准确性。该研究提示，虽然优势半球损伤后患者大脑半球间的抑制平衡被破坏，结构功能完整的右半球抑制左半球语言区18，但阴极HD-tDCS具有恢复这种抑制平衡的能力。此外，另有研究表明阳极刺激病灶区域或阴极刺激对侧同源区域均可短暂地改善短语和句子的表达准确性，且这种行为学改变与异常脑磁图的改善存在关联19。上述研究表明，HD-tDCS凭借其电流空间分布聚焦的优点，可精确定位并对其实施适度刺激治疗，通过改善神经电生理活动进而促进失语症的恢复。（二）意识障碍意识障碍是指个体对周围环境以及自身状态的感知能力出现障碍。根据觉醒和意识内容的不同可细分为昏迷、植物状态或无反应觉醒综合征、最小意识状态和脱离最小意识状态20。尽管意识障碍的转归预测和促醒治疗研究取得了一定的进展，但尚无特效疗法在短时间内改变患者的总体预后21。453 神经疾病与精神卫生2023年6月20日第23卷第6期 Journal of Neuroscience and Mental Health，June 20，2023，Vol.23，No.6研究表明传统tDCS可以提高意识障碍患者的皮质兴奋性和连接性，对意识的恢复具有一定的促进作用。但是传统tDCS仅能调控浅表皮质，对深部脑结构作用有限，且其电流分布分散。HD-tDCS可以弥补传统tDCS的以上不足，近年来已逐渐涌现了HD-tDCS对意识障碍患者促醒效果的探索研究。国内有研究对意识障碍患者的楔前叶进行长时重复的2 mA HD-tDCS刺激，结果显示可以促进意识障