tDCS调控多巴胺释放,增强青少年注意力的研究

医疗健康 来源:医谷网
2022
09/21
13:52
医谷网 医疗健康

【背景分析】

经颅直流电(tDCS)作为一种非侵入性脑刺激技术,诞生至今已有数十年历史,且已被广泛接受。它的原理是通过施加微弱的直流电,改变大脑皮质活动和兴奋性。例如,在背外侧前额叶皮层(DLPFC)施加tDCS干预,可以调节前额叶皮层功能的认知功能,尤其是注意力控制和执行功能。但其中的机制,一直没有明确的结论。

【研究进展】

2019年,来自日本金泽大学、滨松大学的学者,在《Translational Psychiatry》上发表了研究报告指出:多巴胺是认知控制的关键神经递质,tDCS通过激活多巴胺系统,改善认知,增强注意力。

越来越多的证据表明,多巴胺系统与注意力之间有着密切联系。例如,注意力缺陷多动障碍(ADHD)的研究中,发现脑部纹状体多巴胺活性降低,与注意力不集中有关;同时,证明通过增强多巴胺活性,可以改善注意力不集中的问题。

执行功能是一套复杂的认知过程,包括工作记忆、注意力控制(即注意力的四个维度,稳定性、广度、分配和转移)、计划、推理、问题解决、抑制控制等,而多巴胺系统和执行功能之间也有着密切的关系。

综上,研究团队认为,tDCS通过增强纹状体多巴胺释放,提高青少年注意力和执行功能。

【试验分析】

为了验证“tDCS通过增强纹状体多巴胺释放,提高青少年注意力和执行功能”的结论,研究人员设计了一项随机、对照、双盲、交叉研究。试验流程如下图所示:

首先,将参与者分为试验组和对照组,试验组进行2次(中间间隔20分钟),每次13分钟,合计26分钟的tDCS干预(电流强度为2mA,作用于DLPFC),对照组进行伪刺激(使用外形相同的设备,但并不进行tDCS干预)。在刺激后140分钟内,进行正电子发射断层扫描(PET)、磁共振成像(MRI)和GABA磁共振波谱(MRS)。

一个月后,试验组和对照组进行人员互换,重复上一次的过程,除了PET、MRI、MRS检测外,还使用MEGA-PRESS序列的光谱测量仪,检测GABA和其他脑代谢产物。

【试验结果】

高分辨率脑部PET扫描显示,通过雷氯必利水平(多巴胺D2受体正电子示踪剂)变化减少的百分比,观察tDCS干预后,各脑区多巴胺浓度的变化情况。其中橙色表示tDCS干预情况,蓝色表示伪刺激干预情况。(说明:雷氯必利结合电位降低,即百分比减低,意味着多巴胺释放增加。)

如上图所示,tDCS干预后,试验组和对照组,小脑处多巴胺释放无明显差异;

如上图所示,tDCS干预后,试验组和对照组,壳核(基底节区的一部分,位于丘脑的外侧)处多巴胺释放无明显差异;

如上图所示,tDCS干预后,试验组和对照组,右侧腹侧纹状体处,试验组多巴胺释放明显高于对照组。(即雷氯必利百分比降低,意味着多巴胺释放增加)

如上图所示,磁共振成像(MRI)指出了多巴胺释放增加的脑区——右侧腹侧纹状体,与正电子发射断层扫描(PET)结论一致。

如上图所示,反应了雷氯必利水平与RTI(Reaction time,response tointervention,RTI,是反应注意力水平的重要指标)反应时间准确度/标准偏差之间的关系。腹侧纹状体的较低雷氯必利水平(即较高浓度的多巴胺)对应于RIT中反应时间的更高准确度和更低标准偏差。

如上图所示,经过tDCS干预后,提高了RTI的准确性,由此也验证了tDCS干预→腹侧纹状体的多巴胺浓度升高(即较低雷氯必利水平)→提升注意力水平。

【研究结论】

综上所述,首先验证了研究团队的假设,即tDCS通过增强纹状体多巴胺释放,提高青少年注意力和执行功能。

另一方面,tDCS诱导的多巴胺释放,伴随的注意力改善,不仅适用于青少年和健康人群,由于纹状体中的多巴胺传递能力会随着年龄的增长而下降,由此会引发老年人出现注意力、认知能力退化,增加患帕金森病的风险,因此基于上述研究成果,tDCS在中老年人群中,同样具备良好的应用前景。

【参考文献】

Fukai M,Bunai T,Hirosawa T,et al.Endogenous dopamine release under transcranial direct-current stimulation governs enhanced attention:a study with positron emission tomography.[J].Nature Publishing Group,2019(1).

来源:医谷网

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