经颅直流电刺激时长对脑运动皮层活跃度影响的研究.pdf

Chinese Journal of Biomedical Engineering2023年8 月August2023中国医生程No.4报物42卷4期学学Vol.42经颅直流电刺激时长对脑运动皮层活跃度影响的研究黄福鑫孙曜1*李景琦？罗志增（杭州电子科技大学智能控制与机器人研究所，杭州310018)2（杭州脑康康复医院，杭州311215)摘要：经颅直流电刺激（tDCS)作为一种新兴的非侵人式脑刺激技术，可以增强皮层兴奋性从而促进运动功能康复。然而在运动功能康复训练中，该技术刺激时长参数设置的标准尚未明确。在刺激直流电强度保持1.5mA恒定的情况下，通过采集脑电信号，研究阳极tDCS时长对大脑皮层运动区活跃度的影响。选择11名健康受试者接受基于以往实验经验值的3种不同时长（10、15、2 0 min）C3区阳极刺激，并在此基础上增加一种2 5min的同模式刺激实验。在刺激前后分别采集脑电信号，测量C3区mu和beta节律在静息态和运动想象时的事件相关去同步下的功率谱密度两个特征参数，并计算平均值，比较4种不同时长的阳极刺激对大脑皮层运动区活跃度的影响。结果显示，mu和beta节律在不同时长刺激前后功率谱密度（V/Hz）的变化量分别为10 min：2.8 350.8 42，15mi n：3.9750.978,20min:7.0221.562,25min:1.4131.329和10 min:0.8900.421,15min:1.6450.630,20min：3.12 2 0.7 10，2 5m i n：0.32 10.2 59；m u 和beta的事件相关去同步变化量（%）分别为10 min：10.0 6 2.81,15min:14.112.87,20min:22.124.67,25min:3.773.03和10 min:6.723.19,15min:11.785.02,20min：17.8 13.16，2 5m i n：2.542.30。研究表明，在3种经验值范围内，刺激时间越长，脑运动皮层活跃度越强，且存在显著性差异（P0.05），但继续延长刺激时长反而导致脑运动皮层活跃度降低。本研究结果有望为基于tDCS技术的运动功能康复训练的刺激时长设置提供有意义的参考。关键词：经颅直流电刺激；运动想象；脑电图；事件相关去同步化；功率谱密度中图分类号：R318文献标志码：A文章编号：0 2 58-8 0 2 1(2 0 2 3）0 4-0 411-0 9Effects of Duration of Transcranial Direct Current Stimulation onBrain Motor Cortex ActivityHuang FuxinSun Yaol*Li JingqiLuo Zhizeng(Intelligent Control and Robot Research Institute,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou 310018,China)2(Hangzhou Brain Rehabilitation Hospital,Hangzhou 311215,China)Abstract:Transcranial direct current stimulation(tDCS)is an emerging non-invasive brain stimulationtechnique,which can enhance cortical excitability and thus promote motor rehabilitation.However,the criteriafor setting the stimulation duration parameters of this technique in motor function rehabilitation training have notbeen clearly defined.In this paper,the effect of anodal tDCS duration on the activity of cortical motor areas wasinvestigated by acquiring EEG signals with a constant stimulation DC intensity of 1.5 mA.In the experiment,11 healthy subjects were selected to receive three different durations(10,15,20 min)of anodal stimulation inC3 area based on the empirical values of previous experiments.In addition,a set of 25 min same-modestimulation experiments was added.The EEG signals were collected before and after the stimulation,and twocharacteristic parameters,event-related desynchronization of C3 area mu and beta rhythms during motor imageryand power spectral density in resting state,were measured to compare the effects of the four different duration ofanodal stimulation on the activity of motor areas in cerebral cortex.Results showed that the change in powerdoi:10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.004收稿日期：2 0 2 2-0 3-0 8，录用日期：2 0 2 2-0 8-0 7基金项目：国家自然科学基金（6 2 17 117 1)*通信作者（Corresponding author）,E-m a i l：s u n y a o h d u.e d u.c n412中42卷生医国报学程学物spectral density(V/Hz)of mu and beta rhythm before and after different length of stimulation was 10 min:2.8350.841,15 min:3.9750.978,20 min:7.0221.562,25 min:1.4131.329 and 10 min:0.8900.421,15 min:1.6450.630,20 min:3.1220.710,25 min:0.3210.259.The change in event-relateddesynchronization(%)of mu and beta was 10 min:10.062.81,15 min:14.112.87,20 min:22.124.67,25min:3.773.03 and10 min:6.723.19,15 min:11.785.02,20 min:17.813.16,25 min:2.542.30.It was shown that within the 1020 min experiments,the longer the stimulation time,the strongerthe brain motor cortex activity was in the range of the 3 empirical values,and there was a significant difference(P0.05),but continued prolongation of the stimulation duration instead led to a decrease in the brain motorcortex activity.These results are expected to provide a meaningful reference for the stimulation duration setingof motor function rehabilitation training based on tDCS technique.Key words:transcranial direct current stimulation;electroencephalogram;motor imagery;event-relateddesynchronization;power spectral density引言近年来，直流经电刺激仪（transcranialdirectcurrent stimulation，t D CS）以非侵人式的大脑功能调控能力得到广泛的关注。有研究表明,tDCS的阳极刺激可以增强大脑运动皮层的兴奋性，阴极刺激降低其兴奋性。因此,tDCS可以影响运动表现2,常用于辅助脑运动功能康复。通过脑电信号频率的一些特征参数变化，像感觉运动区的mu节律3和beta节律4的功率谱密度（powerspectraldensity，PSD）、事件相关去同步化（event-relateddesynchronization，ER D），可以观测到tDCS对脑运动神经元活动的影响。所以当前研究tDCS对脑运动功能康复的影响，主要利用脑电图（e l e c t r o e n c e p h a l o g r a m，EEG）5等脑功能检测技术展开。目前在大多数脑功能康复的实验范式中，不管实验对象是健试者还是患试者,tDCS 的应用都是在一定的时间区间（10 2 0 min）6-8 内以较低的直流电流强度（通常为1 2 mA）5.9-10)通过置于头皮上的电极对大脑进行刺激进而达到调控大脑功能的目的。但在刺激时长经验值范围内，电流强度一定的情况下，时长越长，tDCS对大脑运动皮层区的调控功能是否越有益，则需要进一步的实验确认。并且刺激时长在超出经验值时，是否能让刺激效果进一步提升，同样需要进行更深人的实验研究。因此，本研究基于同一种实验范式且电流强度恒为1.5mA，只改变电流刺激时长这一参数，通过观察运动想象时的mu和beta节律在刺激前后的变化差异，研究10、15、2 0 min对运动皮层区活跃度的影响程度。同时额外增设一组2 5min的同模式刺激，研究当刺激时长超出经验值时,tDCS对脑运动皮层的调控功能是否会继续增强。本课题通过对健试者进行可行性研究，以期发现相关规律并优化利用tDCS进行康复的训练模式。将mu和beta节律在运动想象时的ERD和静息状态时的PSD12作为分析指标来研究tDCS 对大脑皮层活跃度的影响3.13。Mu和beta节律是运动想象研究中不可或缺的一部分，其通常指脑电信号中的8 12 Hz频率的alpha波段14和17 2 5Hz频率的beta波段4。当受试者进行运动或者运动想象时15，这两种节律的幅值与静息状态时相比会有所下降。当对侧半脑进行相应手的运动想象时，同侧的mu和beta节律会减弱，这就被称为ERD16，研究中记为mu ERD和beta ERD。Boonstra等12 发现静息状态下EEG信号的PSD在阳极tDCS前后存在显著差异。因此，以运动想象EEG的muERD17、b e t a ER D 4、静息态EEG的muPSD和betaPSD作为客观的特异性表征来量化描述受试者的脑运动皮层活跃度在刺激前后的变化。1材料和方法1.1实验1.1.1被试信息11名健康受试者均为杭州电子科技大学在读学生，均为男性，年龄为（2 31）岁，右利手，没有精神疾病、神经性疾病等任何影响实验的疾病史，无头皮损伤，大脑和身体没有任何植人物。受试者实验期间无药物治疗，也无需植人电子设备。本实验方案经过杭州脑康康复医院伦理委员会审查通过。受试者详细了解完本次完整的实验流程后签署了知情同意书，均自愿参加本次实验。413黄福鑫，等等：经颅直流电刺激时长对脑运动皮层活跃度影响的研究4期1.1.2实验过程每位受试者均接受4种刺激实验，分别为10、15、2 0、2 5m i n 的阳极刺激实验。每次实验之间的间隔时间根据之前研究结果 18 选择48 h来避免tDCS的长时性后遗效应。实验流程主要分成刺激前EEG信号采集，刺激和刺激后EEG信号采集3个过程，如图1（a)所示。在刺激过程结束后，立刻采集脑电信号。在实验过程中，受试者坐在椅子上，保持放松状态，眼睛注视离身体约0.5m处的电脑屏幕。在脑电信号采集实验中，每个过程由3个实验组和3个休息区间组成。每个实验组内由30 个运动想象训练组成，总共时长为5min，每个训练分为休息阶段（Rest），开始阶段（Cue）以及运动想象阶段（motor imagery）。在休息阶段，电脑屏幕正中央会出现红色单词“Rest”,持续时长为4s，在此期间，受试者尽可能处于放松状态。在开始阶段，屏幕中央出现红色实心圆图案，提示受试者做好运动想象的准备，持续时长为2 s，最后在运动想象阶段，屏幕出现向右的红色实心箭头，持续时长为4s，受试者将在这段时间内持续想象右手臂进行抬起放下的动作直到结束，并进人下一个训练。每个实验组之后有3min的休息时间，提取其中的1min作为静息态脑电信号数据段。实验流程如图1(b）所示。在实验阶段，不向受试者提供任何关于EEG信号变化的反馈，以此来避免被试的学习效应 19 ，并且整个实验过程中，受试者尽量减少肢体的运动，刺激前刺激阶段刺激后tDCS脑电信号采集1.5mA脑电信号采集10、15、2 0、2 5m i n(a)EEG采集过程3min3min3min实验组实验组实验组结束静息态腾电信号采集提取1min运动想象脑电信号采集30个运动休意想象训练4s提示2s运动想象4s(b)图1实验流程。（a）总体流程；（b）脑电信号采集过程Fig.1Experimental1procedure.（a）O v e r a llprocedure;(b)EEG signal acquisition procedure从而避免影响脑电信号数据的准确性。刺激前和刺激后的EEG记录阶段时长，实验组成和运动想象训练步骤均相同。实验场景如图2（a)所示，刺激前EEG记录阶段结束后，进行阳极刺激，每次只进行一种刺激，刺激期间，受试者处于放松状态等待刺激结束即可。实验场景如图2(b）所示。刺激结束后，立马开始EEG记录。1.1.3tDCS 调控使用8 电极StarStim系统的高精度经电刺激仪（Neuroelectrics，Ba r c e l o n a SL，西班牙）进行经颅直流电刺激。将其中一个盐水浸泡的电极（圆形，面积为8 cm）置于左脑的运动皮层区，具体位于10-10标准导联系统的C3,另一个电极则置于AF8，如图3所示。其中C3处电极作为阳极刺激，AF8作为return电极，构成电流回路。在阳极刺激下，电流在15s内从0 升至最大值1.5mA，并保持该电流值10、15、2 0、2 5m i n，最后在15s内从最大值逐渐降低至0。受试者在阳极刺激开始前的一段时间内都会(a)(b)图2实验场景图。（a）脑电实验场景；(b）经颅直流电刺激实验场景Fig.2Experimental scene.(a)Experimental sceneof EEG;(b)Experimental scene of tDCS42卷中414生医报学程国学物感到一份刺痛感，但一段时间后，这种感觉减弱或者消失。1.1.4脑电采集脑电信号采集仪器为NeuroScan公司的记录系统，按照10 0 0 Hz的采样频率采集脑电信号，电极的放置位置采用国际标准10-10 导联，导联电极的位置按顺序依次为C3,CPz和AFz。其中选择CPz作为参考电极，AFz作为接地电极，C3点位作为刺激实验和脑电采集实验的重合点位，故用圆环来表示，如图3所示。在刺激前和刺激后均需进行采集运动想象脑电信号1.2数据处理与分析参考Matsumotol3等和Takamichi20等的研究方法，遵循一致性原则,所有受试者的实验数据，均采用选取3组数据中具有最大值的一组，作为整体实验数据的筛选方法对数据进行处理。该3组实验均是在同一时间段内连续进行，每次实验中运动想象实验和静息态实验之间仅有1min的休息时间。若以3组数据的平均值作为整体实验的分析值，会将其他干扰因素导致的坏数据囊括在内，从而影响整体数据的有效性。因此选取最大值组可以保证该组数据是受试者充分处于运动想象状态下采集得到的。1.2.1数据预处理所有数据均通过MatlabR2019b软件和EEGLABv14.1.2软件进行处理，处理过程为步骤1:通过EEGLAB的基础FIR滤波器，滤除50Hz的工频干扰、50 Hz以上的带阻滤波、1 40 Hz的带通滤波；步骤2：剔除呼吸、眼以及肌电等伪迹信号；AF8GNDEEGelectrodeC3tDCS anodetDCSreturnREF图3电极分布和刺激电极位置Fig.3Electrode distribution and stimulation electrodelocationmap步骤3：PSD数据分段，根据事件标记（开始信号）提取出时长为1min的静息态非重叠数据步骤4：ERD数据分段，根据事件标记提取出时长为6 s的右手运动想象非重叠数据段（运动想象开始前2 s到运动想象开始后4s）。1.2.2功率谱密度分析对EEGLAB处理后的事件段基于Welch21平均周期法计算各个事件段的PSD值，实验中，对预处理后得到的数据，对静息采集实验阶段获取的3组实验数据，每组以5s作为一个数据段进行分割，窗函数选择Hanning窗，再计算每段功率谱并求所有数据段的平均值，然后通过bandpower函数计算mu和beta节律上的功率信息，最后求每个组所有事件段的平均，选3组中的最大值作为C3通道功率谱密度。将刺激后得到的值减去刺激前的值作为分析指标作为PSD变化量，记作PSD。利用SPSS25.0统计软件对刺激前后脑电数据进行单因素方差分析，进一步利用Bonferroni法进行多重比较,P0.05认为差异具有统计学意义。1.2.3事件相关去同步分析得到预处理的数据后，通过EEGLAB对所得的事件段进行8 13Hz和17 2 5Hz的带通滤波提取出mu和beta节律，再计算滤波后的脑电信号的每个样本点的幅值的平方，之后对运动想象的脑电信号做叠加平均，将得到的平均曲线采用滑动时间窗进行平滑处理，最后应用式（1）来计算脑电信号ERD的值：(R-A)ERDX100%(1)R式中，A是指滤波后的运动想象期间，脑电信号的每个样本点的值，R是指基线区间内的脑电信号的平均幅值。提取运动想象阶段前2 s的区间作为基线区间（包括2 s的提示阶段），运动想象阶段的后4s区间作为运动想象区间，并对实验组中的30 次训练取平均值，比较3组实验组，提取出最大的ERD作为整个阶段的muERD和beta ERD值。将刺激后的ERD值减去刺激前的值所得差值作为ERD变化量，记作ERD。通过SPSS25.0软件对得到的muERD、b e t a ERD、m u ERD 和betaERD 进行统计分析。对每个刺激时长前后的muERD和betaERD值用配对t检验进行分析。对ERD的组间比较采用单因素方差分析，进一步利用Bonferroni法进行415黄福鑫，等经颅直流电刺激时长对脑运动皮层活跃度影响的研究4期多重比较，P0.05认为差异具有统计学意义。2结果2.1功率谱分析比较通过比对tDCS前后的脑电数据提取的C3区mu和beta节律的功率谱密度可知，11名被试在经历不同的刺激时长后,PSD都有不同程度的增加。其中11位受试者的mu和betaPSD 具体结果如表1所示，结果以均值标准偏差表示。11位受试者的mu和betaPSD 在10 2 0 min内，随着时间的增加而增加。但在接受2 5min刺激后，PSD明显降低。Mu节律的PSD差异如图4所示，2 0 min刺激时长的PSD增加值明显高于10 和15min刺激时，而2 5min刺激时长的PSD增加值低于其他3种，甚至存在刺激前PSD值大于刺激后的情况。表1mu和betaAPSD在不同刺激时长下的变化Tab.1The APSD variation of mu and beta at differentstimulation durationPSD/(V2/Hz)刺激时长/minmubeta102.8350.8420.8900.421153.9750.9781.6450.630207.0221.5623.1220.710251.4131.3290.3210.259*12*(zH/zArl)/pueq nu jo asd Jo asueuo*10806420-210152025t/min图4mu节律的功率谱刺激前后差值在不同刺激时长下的变化（黑色实心方块代表各组的平均值，星号表示两者间存在显著性差异）Fig.4Variation of mu power spectrum pre-andpost-stimulation differences at different duration(Thesolid black squares represent the mean of each group,and the asterisk indicates a significant differencebetweenthetwo)*(zH/zArl)/pueq eoq o aSd o aaueuo*010152025t/min图5beta节律的功率谱刺激前后差值在不同刺激时长下的变化（黑色实心方块代表各组的平均值，星号表示两者间存在显著性差异）Fig.5Variation of beta power spectrum pre-andpost-stimulation differences at different duration(Thesolid black squares represent the mean of each group,and the asterisk indicates a significant differencebetweenthetwo)Beta节律的PSD差异如图5所示，刺激持续10、15、2 0 m i n 时PSD呈递增趋势，其中2 0 min刺激时长的PSD增加值与10 和15min时长均存在显著性差异。2 5min的刺激效果明显减弱,且与15和20min刺激时长时存在显著性差异。在2 5min刺激时长时甚至有个别受试者出现刺激前PSD值大于刺激后PSD值的情况。通过对mu和beta节律的各组数据进行单因素方差分析，可以得到两个节律在3种刺激时长影响下的数据均存在显著性差异（F（3,40）=42.58 8，P=0.0000.05)和(F(3,40)=56.549,P=0.0000.05），但是与2 0 min刺激时长间存在显著差异（P=0.0000.05）。15和2 0 min刺激时长间存在显著差异（P=0.000.05），但与15min刺激时长间（P=0.0000.05）和20min刺激时长间（P=0.0000.05）均存在显著性差异（P=0.0000.05）。b e t a 节律的具体结果如下：10 与15min刺激时长间存在显著差异（P=0.0120.05），与2 0 min刺激时长间也存在显著差异（P=0.0000.05）。2 5与10 min刺激时长间不存在显著性差异（P=0.1010.05），但与15min刺激时长间（P=0.0000.05）和2 0 min刺激416中42.卷生医国报学程学物时长间（P=0.0000.05）均不存在显著性差异。2.2ERD分析比较在tDCS前,所有被试在进行右手运动想象时，通过脑电数据可以观察到他们的左半大脑皮质层都出现了mu和beta节律ERD现象。11位被试在接受阳极刺激10、15、2 0、2 5min后，10、15、2 0 min这3种刺激时长的muERD和betaERD都出现了增加,且增加程度不同，而2 5min刺激时长的muERD和betaERD出现了个别减少的情况。4种不同刺激时长下的muERD和betaERD在刺激前后变化情况如图6 和图7 所示。MuERD 和betaERD 在不同阳极刺激时长下的差异如图8 和图9所示。其中11位受试者的mu和betaERD 具体结果如表2 所示，结果以均值标准偏差表示。11位受试者的mu和betaERD 在10 2 0 min内，随着时间的增加而增加。但在接受2 5min刺激后，ERD 明显降低。通过对mu和beta节律的各组ERD变化情况进行配对t检验得出,10 mint(10)=11.860，P=0.0 0 0 0.05和 t(10）=7.0 0 0,P=0.0 0 0 0.0 5，15m int(10)=16.285,P=0.0000.05和 t(10)=7.783,P=0.0000.05,20 min t(10)=15.710,P=0.0000.05和 t(10)=18.687,P=0.0000.05,25 min t(10)=4.119,P=0.0020.05和 t(10)=3.072，P=0.0 12 0.0 5 这4种不同刺激时长的muERD值和betaERD在刺激前后都具有显著性增强的结果。但是在2 5min的刺激时长下，其增强效果远弱于其他3种刺激时长，甚至mu和beta节律都出现刺激后的ERD值小于刺激前的情况。对两个节律的ERD进行单因素方差分析，mu和beta节律均显示4种刺激时长的刺激效果之间存在显著差异 F(3,40)=55.118,P=0.000，F(3,40)=37.728，P=0.0 0 0，表明在不同刺激时长的刺激效果中至少有两种存在显著性差异。为进一步确认不同刺激时长之间的具体差异，进行Bonferroni检验。每种节律的Bonferroni检验分析结果均以排列组合的方式呈现，共有6 种组合。Mu节律的结果：25min与另外3种刺激时长的组合都存在显著性差异。在表现出muERD值增强的3种刺激时长中，组合1（10 minvs15min）无显著性差异，但其他组合均存在显著性差异。不同刺激时长组合的显著性差异如表3所示。Beta节律的分析结果：2 5min和其他3种刺激时长的组合中，组合5（15minvs25min）、组合6（2 0 minvs25min）存在显著性差异。在表现出betaERD值增强的3种刺激时长中，组合1（10 minvs15min）、组合2（10 minvs20min）和组合4（15min vs20min）均存在显著性差异。不同刺激时长组合的显著性差异值如表4所示。70sobject!2sobjeet22703450ubjeed65010beforeDcafherDcbefereDCafierDcbefereDCaflerIxhefeafheDcprotocolstagesprotocolstagesprotocolstagesprotocolstages(a)(b)(c)(d)图6 在不同刺激时长下，muERD值在刺激前后的变化。（a)10min;(b)15min；（c)2 0 m i n;(d)2 5m i nFig.6Change of mu ERD pre-and post-stimulation at different duration.(a)10 min;(b)15 min;(c)20 min;(d)25min505050%/18%/Cga2020beforeDatherDCbefoveDCafterDCbefoveDCafherDcbeforetxcaflerDCprotocolstagesprotocol stagesprotocolstagesprotocol sages(a)(6)(c)(d)图7在不同刺激时长下，betaERD值在刺激前后的变化。（a)10min;(b)15min；（c)2 0 m i n;(d)2 5m i nFig.7Change of beta ERD pre-and post-stimulation at different duration.(a)10 min;(b)15 min;(c)20 min;(d)25 min417黄福鑫，等颅直流电刺激时长对脑运动皮层活跃度影响的研究4期4540*35*302520151050-510152025t/min图8 muAERD随刺激时长的变化（黑色实心方块代表各组的平均值（星号表示两者间存在显著性差异）Fig.8The relationship between mu AERD andstimulation time(The solid black squares representthe mean of each group,and the asterisk indicates asignificant difference between the two)30*25*20151050-510152025t/min图9 betaAERD随刺激时长的变化（图中黑色实心方块代表各组的平均值，星号表示两者间存在显著性差异）Fig.9 The relationship between beta AERD andstimulation time（T h e s o l i d b l a c k s q u a r e srepresent the mean of each group,and theasterisk indicates a significant difference betweenthe two)表2 mu和betaAERD在不同刺激时长下的变化Tab.2The AERD variation of mu and beta at differentstimulationdurationAERD/%刺激时长/minmubeta1010.062.816.723.191514.112.8711.785.022022.124.6717.813.16253.773.032.542.30表3不同刺激时长下muERD变化量之间的显著性比较Tab.3SSignificance comparison between the amount of muERD changes at different stimulation time组合序号刺激时长/min刺激时长/min显著性P110150.051210200.000*310250.001*415200.000*515250.000*620250.000*注星号表示两种实验范式间存在显著性差异。NoteThe asterisk indicates a significant difference between the two表4不同刺激时长下betaERD变化量之间的显著性比较Tab.4Significance comparison between the amount ofbeta ERD changes at different stimulation time组合序号刺激时长/min刺激时长/min显著性P110150.011*210200.000*310250.052415200.002*515250.000*620250.000*注星号表示两种实验范式间存在显著性差异。NoteThe asterisk indicates a significant difference between the twoexperimentalparadigms.3讨论本研究探索了在相同实验模式下，仅改变经直流电刺激应用时长对大脑运动皮层活跃度带来的影响。实验结果显示，在10 2 0 min时长内：1）刺激时长越长，mu和beta节律的功率谱密度越高；2）刺激时长越长，mu和beta节律的ERD值越大，但当刺激时长为2 5min时，两个节律接受刺激后的功率谱密度值和ERD值的增加强度明显减弱,甚至还出现负增长。并且在PSD和ERD分析中,刺激时长为2 0 min的结果显示均显著优于刺激时长为10min的。然而，本次实验的受试者人数较少，实验结果存在一定的偶然性，未来应该增加受试者人数。Beta节律作为另一个与运动相关的神经振荡频率，同样也具有观测tDCS对脑运动神经元活动影响的作用。Notturno等 2 2 研究了指部运动期间不同极性的tDCS对初级运动皮层活跃度的影响，结果发现,beta节律与alpha节律一样接受阳极刺激后,其ERD值存在显著增强。Mangia等 2 3 在研究阳极418中生42卷国医报程学学物tDCS对静息状态下大脑运动皮层自发性活动影响的过程中，其实验数据显示beta节律的PSD值在受到阳极刺激后显著增加，且增强效果持续了至少12min。同时在运动想象相关的研究中，Xie等 4 通过计算阳极刺激前后beta节律与mu节律的ERD值与PSD值后,发现两种节律都有显著性增强。并且本次实验的数据分析结果也与以上的结论相同。不同的研究表明，更长的刺激时间确实会带来更好的刺激效果 2 4-2 6 。文献 2 4 的研究表明,在抑郁症的治疗中,30 min的刺激与2 0 min的刺激相比，前者效果明显更好。文献2 5 在增强工作记忆方面发现,刺激电流同为1mA的条件下,30 min的tDCS刺激带来的增益效果明显大于2 0 min所来的增益效果。同时，在治疗耳鸣方面,研究者在对左侧顶区或者背外侧前额叶皮质进行刺激时，20min的效果也优于10 min的效果 2 6 。在研究的结果中可以得出,在一定刺激时长范围内,tDCS的刺激时间越长，大脑运动皮层受激活程度越强的结论。有研究表明，对大脑初级运动皮层的经颅直流电刺激时间过长时，该区域的兴奋性会较刺激前减弱。Katia 等 2 7 以通过周期性刺激方案延长tDCS效应的持续时间为目的进行实验研究，在其研究中,有数据表明该区域的皮层兴奋性在2 6 min的刺激时长下，相较于13min有所降低。本次实验的结果中显示，在2 0 min后继续延长刺激时长，大脑皮层活跃度反而减弱。Katia等 2 7 认为,tDCS后效应转化的一种可能机制是神经元的反调节，可以防止神经元过度兴奋。Siebner等 2 8 在进行不同极性的tDCS刺激后记录运动诱发电位（motor-evokedpotential，M EP）的振幅，随后继续使用1Hz重复经磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)并再次记录MEP振幅。结果发现，在接受阳极刺激和rTMS后，MEP振幅降低至基准线以下，而接受阴极刺激和rTMS后，MEP振幅增加至基准线以上，即tDCS极性的改变可以逆转rTMS的调节作用，证实了大脑皮质可塑性具有自我平衡的调整能力。Hassanzahraee 等 2 9 在刺激时间不变的情况下，进行不同电流强度刺激的实验。实验结果表明，1和1.5mA刺激下的MEP振幅显著降低。大脑皮层兴奋性受电流强度的影响存在阈值效应，即增强刺激强度会激活反调节机制以防止大脑过度兴奋。本研究基于刺激强度不变的情况，改变持续刺激时长，研究大脑皮层活跃度受影响情况，得到的结果提示持续刺激时长对大脑皮层兴奋性的影响也存在阈值。因此，电流强度与持续刺激时长之间对脑电兴奋性阈值的影响也存在一定的联系，当施加的电流强度越强时，刺激时长可能在较短的时