[S16-穿戴式運算專論] Post#2 宗教碩職一 404205082 黃無名

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經顱直流電刺激(TDCS)研究報告 - thync 產品使用心得

經顱直流電刺激(tDCS)介紹

經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)是透過置於顱骨的電極產生微弱直流電(一般是低於2 mA)的一種非侵入式的腦刺激方法,因為它在一定的程度上改變皮質神經元的活動及興奮性,而誘發腦功能的變化,所以可做為一種無創而高效的腦功能調節技術。

1.    起源與發展

關於 tDCS 的系統研究始於20世紀60年代,但直到2000年 tDCS 被證實可通過微弱的恆定電流使大腦的皮層發生極化,進而導致興奮性改變,此項技術方逐漸進入人們的視線,雖然目前醫學臨床上仍沒有大規模的應用,但在國外已有大規模的研究確認tDCS 對於我們人類的大腦皮質確實有其一定的效果,並找出了刺激的模式。而近五年來,tDCS 結合fMRI、PET、EEG等現代醫學的信號分析與影像成像技術,使 tDCS 這樣的單純的電刺激進入了更可靠的腦組織功能分析與神經生理學的層面。

2.    基本原理

tDCS 由陽極和陰極兩個表面電極組成,由控制軟體設定刺激類型的輸出,以微弱極化直流電(通常低於2mA)作用於大腦皮質。與其他非侵入性腦刺激技術如經顱電刺激和經顱磁刺激不同,tDCS不是通過閾上刺激引起神經元放電,而是通過調節神經網路的活性而發揮作用。在神經元水準,tDCS 對皮質興奮性調節的基本機制是依據刺激的極性不同引起靜息膜電位超極化或者去極化的改變。陽極刺激通常使皮層的興奮性提高,陰極刺激降則低皮層的興奮性。膜的極化是tDCS刺激後即刻作用的主要機制。

然而,除了即時作用外,tDCS同樣具有刺激後效應,如果刺激時間持續足夠長,刺激結束後皮質興奮性的改變可持續達1 小時。因此,其作用機制不能單一的用神經元膜電位極化來解釋。進一步的研究證實,tDCS除了改變膜電位的極性外,還可以調節突觸的微環境,如改變NMDA(N-methyl-D-aspartate,N-甲基D-天門冬胺酸)受體或GABA的活性,從而起到調節突觸可塑性的作用。tDCS 的後效應機制類似於突觸的長時間易化,動物研究發現,以陽極刺激作用於運動皮層(Motor Cortex)可觀察到突觸後興奮性電位的持續增加。皮層興奮性的調節在tDCS 刺激時依賴膜極化的水準,而刺激結束後的後效應作用主要是由於皮層內突觸的活動。

tDCS同樣可以調節遠隔皮層及皮層下區域興奮性。tDCS 陽極刺激前運動皮層區可影響有連接的遠隔皮層區域的興奮性變化。刺激左半球M1 區不僅影響參與產生運動誘發電位的皮質脊髓環路,而且通過抑制性中間神經元調節對側半球的經胼胝體抑制。

tDCS 最初是用來幫助腦損傷患者 (如中風) 恢復功能。在健康人的 tDCS 試驗,則證實隨著刺激部位的改變,可以提高許多種認知功能的表現。tDCS 曾被用來提高語言和數學能力、注意力、解決問題能力、記憶力、以及身體協調能力。

  1. tDCS /tMS

TMS 療法和 tDCS 療法,兩者原理的比較

  • l   這兩種療法都是利用在腦內產生微弱電流,來加強或減弱某些特定腦區域的神經迴路。
  • l   但TMS 療法的刺激可以誘發自發性神經元的脈衝,而 tDCS 療法無法誘發自發性神經細胞脈衝,因此 tDCS 效果較不顯著,需要比 TMS 更長期或更緊密的療程。然而也因此相對的,tDCS 更安全,其誘發癲癇患者發作的機率較 TMS 療法低。
  • 在 TMS 療法中發現,交流電產生的磁場極性的變換頻率,可以決定療效。要提高神經元活性可使用較高的頻率,而減少神經元活性則使用較低的頻率。而 tDCS 療法則是,可以使用不同的直電流正負方向,來增加或降低神經元活性。