摘要：利用不同的經(jīng)顱電刺激（tES）技術(shù)來(lái)闡明神經(jīng)振蕩的作用，但并不清楚是否真的發(fā)生神經(jīng)夾帶以及是否與最終的行為有因果關(guān)系。本文從一個(gè)跨系統(tǒng)、物種、理論和實(shí)驗(yàn)框架的新興綜合研究項(xiàng)目的視角出發(fā)，闡明tES誘導(dǎo)神經(jīng)夾帶的潛力。本文認(rèn)為這樣的綜合研究是將tES作為一個(gè)工具，以測(cè)試神經(jīng)振蕩的因果作用并強(qiáng)調(diào)在采用轉(zhuǎn)換方法時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

1.引言

       很久以前，研究者們就研究了人類(lèi)和其他動(dòng)物大腦中的節(jié)律模式。但是，并不清楚這些節(jié)律是否對(duì)神經(jīng)計(jì)算和由此產(chǎn)生的行為是重要的，或者它們的存在是不是并沒(méi)有功能作用。雖然一些研究者表明神經(jīng)振蕩在大腦有效交流方面發(fā)揮基礎(chǔ)作用，但有人認(rèn)為這種節(jié)律模式中包含的信息沒(méi)有意義?？紤]到細(xì)胞的幾何形狀會(huì)影響采集到的信號(hào)，振蕩可能包含大量信息，但這些信息很難與特定腦源和觀察到的行為聯(lián)系起來(lái)。

       為了解決這一爭(zhēng)論，實(shí)驗(yàn)者需要采用調(diào)控目標(biāo)腦區(qū)或網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)振蕩的技術(shù)，以證實(shí)特定神經(jīng)振蕩參與假設(shè)的認(rèn)知過(guò)程。經(jīng)顱電刺激（tES）的一系列方法用于該研究，有可能在相對(duì)安全和無(wú)痛的情況下，研究人類(lèi)的神經(jīng)振蕩和行為間的因果關(guān)系。

       最初對(duì)目標(biāo)大腦結(jié)構(gòu)使用低強(qiáng)度交流電（tACS）來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)振蕩。理論上說(shuō)，tACS可以在目標(biāo)腦區(qū)結(jié)構(gòu)的振蕩模式和由此產(chǎn)生的行為間建立因果聯(lián)系。有研究測(cè)試特定頻帶對(duì)認(rèn)知、睡眠和運(yùn)動(dòng)功能的因果作用。tACS可以作為研究功能網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)間的振蕩相干性對(duì)行為的影響。

       這些方法存在一個(gè)問(wèn)題是它們不聚焦于皮層下結(jié)構(gòu)中的區(qū)域，限制了它們的潛在應(yīng)用。最近研究的基于多電極tES方法（如TI刺激）有可能誘導(dǎo)皮層下結(jié)構(gòu)中神經(jīng)活動(dòng)的振蕩夾帶，而不刺激皮層表面的神經(jīng)元。這種方法雖然克服了只聚焦于表面結(jié)構(gòu)的限制，但未來(lái)研究還需要了解其作用機(jī)制，并評(píng)估這種方法研究人類(lèi)認(rèn)知和行為間的相關(guān)性。

       對(duì)一系列關(guān)于現(xiàn)有和新興的tES方法是否真的會(huì)對(duì)目標(biāo)大腦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生神經(jīng)夾帶展開(kāi)討論。首先，有實(shí)驗(yàn)表明，可能通過(guò)間接刺激傳入神經(jīng)（包括視網(wǎng)膜刺激）產(chǎn)生夾帶作用，而不一定是tES對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的直接作用。第二，常規(guī)用于人體研究的電流強(qiáng)度可能不足以誘導(dǎo)神經(jīng)夾帶。第三，神經(jīng)夾帶可能是其他由神經(jīng)調(diào)控機(jī)制引起的，如神經(jīng)元的興奮性變化或突發(fā)性增加。除此之外，有研究表明，這種方法的影響不完全可靠，因?yàn)楦鞣N研究間的誘導(dǎo)效應(yīng)缺乏一致性。

       隨著該領(lǐng)域的成熟，研究人員應(yīng)該采用多層次的研究方案，包括：（ⅰ）對(duì)tES背后的神經(jīng)生理學(xué)原理的深刻理解；（ⅱ）將tES作用原理與神經(jīng)振蕩的理論聯(lián)系起來(lái)；（ⅲ）在神經(jīng)機(jī)制原理和觀察到的行為間建立聯(lián)系。最近的研究包括多方法和多學(xué)科方法，將計(jì)算建模研究與體外、體內(nèi)和離體實(shí)驗(yàn)及臨床人群研究相結(jié)合。本文認(rèn)為在這些不同抽象層面上獲得的信息間建立聯(lián)系能促進(jìn)tES技術(shù)發(fā)展。

        本文提倡新興的方法來(lái)闡明現(xiàn)有的和新的tES方法是否可以用來(lái)真正誘導(dǎo)神經(jīng)夾帶，如果是的話(huà)，是否可以用于測(cè)試人類(lèi)神經(jīng)振蕩的因果作用。為了討論該方法的優(yōu)勢(shì)，將本文分為三部分。首先，本文討論了如果研究跨物種間的神經(jīng)調(diào)控的轉(zhuǎn)換，需要考慮的關(guān)鍵方面。隨后，本文提出，在任何給定系統(tǒng)中，應(yīng)該通過(guò)評(píng)估刺激在信息處理的不同層面上的影響來(lái)研究tES引起的影響，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)在這些層面上建立機(jī)制聯(lián)系的范式。最后，本文闡明了最先進(jìn)的計(jì)算模型和個(gè)性化刺激參數(shù)如何作為產(chǎn)生刺激效果的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的方法，從而提高神經(jīng)振蕩和行為間因果關(guān)系的可靠性。

2.跨物種的tES的應(yīng)用比較

       鑒于大腦節(jié)律存在于不同系統(tǒng)和物種間，以及它們被標(biāo)記的功能作用，可能可以將從一個(gè)物種上獲得的關(guān)于tES誘導(dǎo)的作用機(jī)制的知識(shí)直接轉(zhuǎn)換到另一個(gè)物種上。然而，這種物種間的知識(shí)轉(zhuǎn)移還需要仔細(xì)考慮，特別是那些與功能網(wǎng)絡(luò)的解剖和組織差異相關(guān)的因素。因此，本部分將給出在物種間轉(zhuǎn)移靶向神經(jīng)調(diào)節(jié)干預(yù)知識(shí)時(shí)存在的一些挑戰(zhàn)。

       在動(dòng)物研究設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)移目標(biāo)必須考慮它們的結(jié)構(gòu)有效性和表面有效性。在tES研究中，將這些概念歸納為兩個(gè)要點(diǎn)。第一，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的電場(chǎng)/電流的施加和分布必須同樣適用于人類(lèi)研究，且組織微觀結(jié)構(gòu)有相似的交互作用。第二，這些電場(chǎng)的設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足能影響與人類(lèi)相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)級(jí)目標(biāo)，這樣，響應(yīng)/結(jié)果可以直接用于得到適用于正常人和患者的相關(guān)推論。

3.誘導(dǎo)電場(chǎng)的強(qiáng)度比較

       第一個(gè)因素應(yīng)考慮動(dòng)物模型與人類(lèi)相比在大腦解剖學(xué)和幾何學(xué)上的明顯差異，以及這對(duì)大腦中電場(chǎng)分布的影響。大多數(shù)tES產(chǎn)生復(fù)雜的電流模式，導(dǎo)致電場(chǎng)和電流密度在整個(gè)大腦區(qū)域顯著變化。在最初的研究中，通常根據(jù)對(duì)人類(lèi)建模的估計(jì)來(lái)確定動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中使用的電流密度，并假設(shè)大腦中產(chǎn)生的電場(chǎng)分布在大腦的某個(gè)區(qū)域甚至整個(gè)大腦/組織中是“均勻的”。然而，假設(shè)腦容量和所需電流間存在線性關(guān)系，從人類(lèi)研究中調(diào)整參數(shù)是不正確的。這些考慮對(duì)于那些缺乏皮層周長(zhǎng)、大腦體積很小的來(lái)說(shuō)很有必要，如嚙齒類(lèi)動(dòng)物（圖1a）。最近的一項(xiàng)研究中，研究人員比較了小鼠、非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物和人類(lèi)頭模型的電場(chǎng)（圖1b），發(fā)現(xiàn)在每個(gè)轉(zhuǎn)換組合。必須適當(dāng)調(diào)整不同的刺激參數(shù)，以便在物種間的感興趣區(qū)域內(nèi)適用電場(chǎng)。因此，這種物種間的差異改變了生理和行為結(jié)果的有效性和可變性，限制了直接適用于人類(lèi)。

       另一重要因素是大腦中產(chǎn)生的電場(chǎng)和神經(jīng)元區(qū)室的三維組織間的相互作用。電流影響所有神經(jīng)元亞型的（去）超級(jí)化，但是，tES誘導(dǎo)的影響取決于所施加的場(chǎng)和軀體-樹(shù)突軸間的取向。

       人和動(dòng)物的腦模型在神經(jīng)元的密度和幾何形狀、神經(jīng)元內(nèi)離子通道的類(lèi)型和分布、樹(shù)突和軸突相對(duì)于電場(chǎng)的位置、軸突髓鞘形成的程度或神經(jīng)膠質(zhì)密度方面存在顯著差異。所有這些因素都會(huì)影響由tES產(chǎn)生的電場(chǎng)峰值和分布。由于皮膚、皮下軟組織、顱骨和腦脊液（CSF）對(duì)電流傳播的不同影響，以及行為狀態(tài)（體內(nèi)、麻醉或離體），tES的有效性會(huì)進(jìn)一步復(fù)雜化。最新的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，tACS可以真正誘導(dǎo)清醒猴子的神經(jīng)夾帶，電場(chǎng)<0.5V/m和~0.5mA的電流強(qiáng)度，可以安全地應(yīng)用于人類(lèi)（圖1c）。重要的是，這些研究中的結(jié)果表明這些結(jié)果不是由外周神經(jīng)刺激引起的。總之，這些發(fā)現(xiàn)表明，完全清醒的生物大腦更容易受到基于外源誘導(dǎo)電場(chǎng)（在sub-V/m和sub-mA范圍內(nèi)）的神經(jīng)夾帶。但是在清醒病人中不存在誘導(dǎo)現(xiàn)象。因此，未來(lái)研究應(yīng)針對(duì)在清醒狀態(tài)下，tES的敏感性是否比麻醉狀態(tài)下更高。

圖1 電刺激對(duì)小鼠、猴子和人類(lèi)頭模型引發(fā)的效果比較。a. 展示了小鼠的裂腦和猴子及人類(lèi)的紋股藍(lán)大腦。中間一排—頭骨表面；第三排—有限元模型的水平切割。b. 上排一行展示了三種不同的電極設(shè)置在大腦中的電場(chǎng)分布（mV/mm）（分別以紅色、藍(lán)色和黃色顯示）。下排為相同的電極和刺激強(qiáng)度1mA（每個(gè)模型的最大值）的電場(chǎng)空間分布。在可比的實(shí)驗(yàn)設(shè)置下，隨著頭大小的增加，分布中心和最大電場(chǎng)在小鼠和人類(lèi)中都急劇下降。c. 光柵圖顯示了清醒猴大腦皮層一個(gè)代表性神經(jīng)元在0.5、1和1.5mA峰-基線tACS刺激前、中和后的尖峰記錄。刺激期間（橙色）尖峰聚集在刺激峰周?chē)?，而刺激前和刺激后（黑色）尖峰均勻分布。尖峰率隨著刺激強(qiáng)度的增加而增加，意味著誘導(dǎo)程度取決于無(wú)創(chuàng)性電流量。

        與小鼠和獼猴相比，人類(lèi)個(gè)體神經(jīng)元的形態(tài)和電特性變化可能導(dǎo)致tES實(shí)驗(yàn)中的物種間存在差異。人的樹(shù)突較長(zhǎng)，分支復(fù)雜程度較高，導(dǎo)致外部電輸入衰減較快。另外，對(duì)人類(lèi)皮質(zhì)突觸的體外研究表明，與嚙齒動(dòng)物相比，突觸抑制恢復(fù)快4倍，動(dòng)作電位閾值更低，放電速率更快，從而導(dǎo)致更高的信息帶寬。人類(lèi)神經(jīng)元形態(tài)的變化和認(rèn)知測(cè)試（即IQ測(cè)試）中的表現(xiàn)差異相關(guān)。

4.網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)的比較

       哺乳動(dòng)物的大腦可以分成不同的區(qū)域或模塊，這些區(qū)域或模塊具有特定功能。在tES研究中，通常將這些區(qū)域中的一個(gè)定義為“目標(biāo)”結(jié)構(gòu)。然而，復(fù)雜的行為很少受單一腦區(qū)的控制。相反，它是由特定回路和網(wǎng)絡(luò)間相連的區(qū)域間的交互作用產(chǎn)生的。用tES研究網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)時(shí)一個(gè)關(guān)鍵概念是，整個(gè)神經(jīng)元群體的外源誘導(dǎo)極化波動(dòng)能夠?yàn)樾盘?hào)放大提供基礎(chǔ)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在同步性，給定神經(jīng)元單元既可以直接從這個(gè)電場(chǎng)極化，也可以間接從傳入神經(jīng)元極化。刺激的凈效應(yīng)來(lái)自這兩個(gè)過(guò)程的卷積。

       動(dòng)物模型除了用于測(cè)試tES的臨床可行性和探索網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)的機(jī)制外，還可以用于評(píng)估給定刺激方案的刺激效果。但是，動(dòng)物和人類(lèi)tES的研究不僅需要刺激參數(shù)的正確校準(zhǔn)，還假設(shè)存在控制物種間相同行為過(guò)程的同源功能網(wǎng)絡(luò)。有研究使用這種方法確定了嚙齒動(dòng)物和猴子在哪些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中具有與人相同的組織，包括視覺(jué)、突顯、默認(rèn)模式和邊緣網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)信息可以幫助設(shè)計(jì)tES研究，且在大規(guī)模網(wǎng)路調(diào)節(jié)和誘導(dǎo)的背景下對(duì)動(dòng)物的電生理和功能磁共振（fMRI）采集進(jìn)行臨床解釋。

       如前面討論的例子，考慮以下情況：假設(shè)TI能夠刺激深層皮質(zhì)結(jié)構(gòu)，如基底神經(jīng)節(jié)（BG）（圖2a）。假設(shè)將該刺激用于人身上之前，在動(dòng)物模型（小鼠）中測(cè)試夾帶在BG某段上的神經(jīng)生理學(xué)的合理性。另外，假設(shè)該實(shí)驗(yàn)中的干預(yù)措施確實(shí)誘發(fā)了假設(shè)的行為變化。一旦實(shí)驗(yàn)者確認(rèn)該方案在小鼠中可行，就將tES參數(shù)應(yīng)用于人類(lèi)——多半應(yīng)用于同源大腦區(qū)域。那么在這種情況下，將對(duì)小鼠生理和行為結(jié)果的研究轉(zhuǎn)換到對(duì)人的研究是否合理？。有研究證明雖然BG的某些部分存在于小鼠、獼猴和人類(lèi)間（如伏隔核（NAcc），圖2b和c），但大多數(shù)紋狀體區(qū)域是特定的，不存在于獼猴和人腦，尤其是尾狀體，其連接模式在物種間存在差異。這表明在假設(shè)情況下，tES干預(yù)實(shí)際上是針對(duì)物種間的不同功能網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致了行為結(jié)果存在明顯差異。

圖2 小鼠、猴子和人類(lèi)紋狀體功能連接的比較。由于大腦的解剖和功能差異，導(dǎo)致將tES刺激得到的結(jié)果從動(dòng)物運(yùn)用到人類(lèi)存在困難，可通過(guò)比較神經(jīng)解剖學(xué)方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。首先，在小鼠紋狀體中確定三種連接模式：內(nèi)側(cè)尾殼、外側(cè)尾殼和伏隔核（NAcc），并將它們的活動(dòng)與已知在物種間同源的12個(gè)目標(biāo)區(qū)域相關(guān)。隨后，將人類(lèi)和獼猴腦中所有紋狀體體素的連接模式與小鼠的三種連接模式進(jìn)行比較。a. TI刺激人腦右側(cè)紋狀體的示意圖。b. 人類(lèi)和獼猴體素的連接模式與小鼠皮質(zhì)-紋狀體連接模式相似。大多數(shù)紋狀體體素未分配，因?yàn)樗鼈冊(cè)谖锓N間沒(méi)有顯著相似性（與人類(lèi)相似性為85%，與獼猴相似性為69%）。而且與老鼠連接模式相比，有的未分配體素存在顯著性差異（人類(lèi)中26%的未分配體素，獼猴為20%）。圖b的最右側(cè)顯示了與三種小鼠連接模式相比，與未分配體素具有更高連接性的區(qū)域。c. NAcc中的未分配體素?cái)?shù)量最少，表明該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)在物種間存在，可以作為tES轉(zhuǎn)換研究的目標(biāo)。標(biāo)線的區(qū)域表示人類(lèi)（左）和獼猴（中）紋狀體的體素，它們具有與小鼠NAcc統(tǒng)計(jì)相似的連接模式。右圖顯示分配給獼猴NAcc的人類(lèi)區(qū)域。

5.從不同抽象層面評(píng)估tES效應(yīng)

       在tES研究中，研究者們關(guān)注實(shí)驗(yàn)規(guī)模（微觀、中觀或宏觀）和研究系統(tǒng)類(lèi)型（體外、體內(nèi)、離體）的影響及其相應(yīng)的神經(jīng)生理機(jī)制。然而，本文認(rèn)為研究系統(tǒng)的規(guī)模和類(lèi)型不是唯一考慮的關(guān)鍵因素。研究人員還應(yīng)考慮哪些由神經(jīng)振蕩調(diào)控的假設(shè)計(jì)算是由tES及其對(duì)行為的影響調(diào)節(jié)的。重要的是，由于所有物種都有神經(jīng)振蕩模式，就可以認(rèn)為對(duì)一個(gè)物種的功能網(wǎng)絡(luò)的重建原則的研究可以轉(zhuǎn)換到另一個(gè)物種上。

      本文根據(jù)信息系統(tǒng)功能水平的表征得到，這有助于研究神經(jīng)認(rèn)知的其他方面：（1）計(jì)算層面：計(jì)算什么類(lèi)型的函數(shù)，研究中系統(tǒng)的最終目標(biāo)是什么？（2）算法層面：函數(shù)如何計(jì)算，哪種算法用于該計(jì)算？（3）實(shí)現(xiàn)層面：如何實(shí)現(xiàn)能得到觀察行為的算法？

       因此，本文提出tES研究可以分為不同抽象層次的作用和相互作用，抽象層次又可以根據(jù)所研究系統(tǒng)或有機(jī)體的類(lèi)型分為不同的子系統(tǒng)（圖3）。本文使用自下而上的方法，即從實(shí)現(xiàn)到計(jì)算。

6.實(shí)現(xiàn)層面：神經(jīng)測(cè)量

       將此層面定義為實(shí)驗(yàn)者可以在不同時(shí)空尺度上測(cè)量的系統(tǒng)單位：微觀（即尖峰活動(dòng)的單/多單位記錄）、中觀（即局部場(chǎng)電位，LFPs）、宏觀（即EEG、fMRI）。通過(guò)應(yīng)用給定的tES方案，研究人員可以評(píng)估刺激對(duì)神經(jīng)的潛在影響。

       可通過(guò)測(cè)量單個(gè)尖峰活動(dòng)（如單個(gè)單元活動(dòng)）、記錄單個(gè)單位活動(dòng)的集合或通過(guò)評(píng)估神經(jīng)群體活動(dòng)（LFPs）來(lái)評(píng)估tES引起的神經(jīng)活動(dòng)中的節(jié)律變化。tES的潛在作用機(jī)制之一是神經(jīng)元膜電位的節(jié)律變化，促進(jìn)/抑制目標(biāo)腦結(jié)構(gòu)中的特定神經(jīng)振蕩。重要的是，由tES引起的神經(jīng)夾帶的生物物理機(jī)制不僅取決于外部施加電場(chǎng)的參數(shù)（如頻率、幅度、電流方向等），還取決于回路規(guī)模（如切片、全腦）和生物體狀態(tài)（體內(nèi)、體外或離體）。強(qiáng)調(diào)選擇特定生物體、狀態(tài)和回路規(guī)模的重要性，可以幫助研究人員研究tES引起神經(jīng)振蕩的生理影響（圖3）。只要明白了tES的生理效應(yīng)，研究人員就可以利用這些知識(shí)來(lái)探索這些調(diào)控在網(wǎng)絡(luò)水平上的影響。

7.算法層面：假設(shè)機(jī)制

       在這個(gè)層面上，實(shí)驗(yàn)者提出了一個(gè)引起觀察行為的振蕩網(wǎng)絡(luò)操作的形式化模型。所以，研究人員可以通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的有效通信機(jī)制的神經(jīng)振蕩來(lái)假設(shè)運(yùn)用了什么算法。評(píng)估神經(jīng)振蕩間相互作用的方法包括“基于連接性”的依賴(lài)統(tǒng)計(jì)測(cè)量，如鎖相、相干、相關(guān)等。另一種方法是基于信息理論概念，如互信息（MI）和轉(zhuǎn)移熵（TE）。MI或TE方法可用于測(cè)量與計(jì)算相關(guān)的信息轉(zhuǎn)移。具體來(lái)說(shuō)，TE與有效信息存儲(chǔ)和本地信息修改可以幫助研究人員評(píng)估計(jì)算過(guò)程，然而因果交互的度量（如因果信息流）揭示了系統(tǒng)所有可能的因果交互的集合。因此，這兩個(gè)指標(biāo)的比較可能幫助研究人員區(qū)分計(jì)算和解剖驅(qū)動(dòng)的信息流。

8.計(jì)算層面：功能改變

       在這個(gè)層面上，研究人員量化給定任務(wù)中觀察到的行為的哪些方面（如命中率、決策準(zhǔn)確度、反應(yīng)時(shí)間等）或認(rèn)知功能（通過(guò)計(jì)算認(rèn)知模型評(píng)估）與算法層次中的假設(shè)機(jī)制有關(guān)。tES能干擾假設(shè)機(jī)制，從而能在生理機(jī)制和行為間建立因果關(guān)系。研究人員采用“兩階段”相關(guān)方法，其中擬合的認(rèn)知模型的參數(shù)與感興趣的神經(jīng)度量相關(guān)。然而，這些方法不會(huì)基于神經(jīng)數(shù)據(jù)的隨機(jī)變化對(duì)模型參數(shù)添加約束。本文認(rèn)為就是缺乏約束項(xiàng)，才使得很難在計(jì)算和算法層面建立聯(lián)系（圖3）。

       認(rèn)知和行為統(tǒng)計(jì)模型的最新發(fā)展為研究大腦-行為提供了一種良好的綜合方法，即“聯(lián)合建?！狈椒ā：?jiǎn)言之，該方法可以分為兩部分：1）用于捕捉行為觀察的行為模型。如，在感知檢測(cè)任務(wù)中，可以選擇使用信號(hào)檢測(cè)理論（SDT）模型來(lái)量化命中率和誤報(bào)率。研究人員通常在每個(gè)模型中找到更接近預(yù)測(cè)觀察到的行為數(shù)據(jù)的潛在變量集。2）依賴(lài)生理數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)與當(dāng)前行為相關(guān)的感興趣的神經(jīng)度量的神經(jīng)模型。如，可以根據(jù)EEG記錄獲得給定功能耦合度量的逐次試驗(yàn)波動(dòng)。

       需要強(qiáng)調(diào)的是，一方面，經(jīng)典法依賴(lài)于兩步相關(guān)分析（即，大腦數(shù)據(jù)和行為數(shù)據(jù)被視為“獨(dú)立”來(lái)源）。另一方面，聯(lián)合建模方法將神經(jīng)數(shù)據(jù)視為行為數(shù)據(jù)的協(xié)變量。從而基于神經(jīng)數(shù)據(jù)中的隨機(jī)變化對(duì)行為模型參數(shù)添加約束項(xiàng)。總之，本文認(rèn)為在不同分析層面采用更精確的定量模型（圖3中的“Models”）可以進(jìn)一步了解tES作為研究神經(jīng)振蕩對(duì)認(rèn)知和行為的因果關(guān)系的工具的可行性。

圖3 通過(guò)不同抽象層次來(lái)研究tES。該圖將實(shí)際工作流程和tES實(shí)驗(yàn)的效果概念化。計(jì)算水平反映了計(jì)算功能或有機(jī)體的行為。算法層面被分配給所研究系統(tǒng)的特定機(jī)制。實(shí)現(xiàn)層面是指算法實(shí)現(xiàn)后在研究系統(tǒng)的不同尺度上發(fā)生的物理或生理變化。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)階段評(píng)估tES誘導(dǎo)效應(yīng)可以在導(dǎo)致的行為和假設(shè)的算法間建立因果關(guān)系。另外，還可以根據(jù)給定的tES同時(shí)測(cè)量神經(jīng)活動(dòng)，以改進(jìn)或修改假設(shè)以及在不同實(shí)驗(yàn)規(guī)模下的刺激效果。計(jì)算模型可用于解釋tES實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及改進(jìn)假設(shè)的算法（“神經(jīng)認(rèn)知模型”）和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案（“神經(jīng)生理學(xué)模型”和“心理/行為模型”）。

 9.個(gè)性化tES干預(yù)

       tES實(shí)驗(yàn)的最終目標(biāo)是在每個(gè)志愿者和患者中產(chǎn)生穩(wěn)定且可預(yù)見(jiàn)的神經(jīng)生理學(xué)和行為學(xué)影響。然而，目前在個(gè)體水平上并不能得到可靠的電刺激效果。并且，對(duì)感覺(jué)過(guò)程和tES誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)的神經(jīng)生理學(xué)反應(yīng)可能存在個(gè)體差異。因此構(gòu)建真實(shí)頭模型時(shí)，人們應(yīng)考慮個(gè)體形態(tài)測(cè)量學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)。本文認(rèn)為，這些方法將在優(yōu)化刺激參數(shù)及潛在的神經(jīng)生理學(xué)和由此產(chǎn)生的行為影響方面起重要作用。

10.預(yù)測(cè)模型的重要性

       通過(guò)受試者的結(jié)構(gòu)磁共振成像（MRI）掃描構(gòu)建個(gè)體頭模型，該掃描被分為六個(gè)組織類(lèi)型：頭皮、顱骨、腦脊液、灰質(zhì)、白質(zhì)和氣體。然后，分配與這些組織相關(guān)的電導(dǎo)率值，將電流峰值強(qiáng)度的刺激電極放置在頭部，最后，用有限元方法計(jì)算大腦中的電場(chǎng)分布。該過(guò)程可以估計(jì)電場(chǎng)強(qiáng)度、評(píng)估傳遞到大腦的刺激量、以及檢查電場(chǎng)的空間分布以估計(jì)刺激的聚集點(diǎn)。

       最近有研究，將單個(gè)頭模型導(dǎo)出的電場(chǎng)強(qiáng)度和分布的預(yù)測(cè)與人體顱內(nèi)記錄進(jìn)行了比較和驗(yàn)證。頭模型能很好地預(yù)測(cè)電場(chǎng)分布，意味著個(gè)體刺激可以為比較大腦刺激對(duì)感興趣區(qū)域和其他腦區(qū)的影響提供有用的信息。另外，研究人員可以根據(jù)電場(chǎng)的空間分布，比較不同的電極放置，從而以最有效的方式選擇感興趣的目標(biāo)區(qū)域。雖然刺激的效果取決于結(jié)構(gòu)和功能連接，但在個(gè)體模型中引入后者可能會(huì)提高對(duì)電場(chǎng)預(yù)測(cè)。

       研究人員嘗試預(yù)測(cè)tACS對(duì)由腦磁圖（MEG）記錄的alpha振蕩功率的影響。研究人員建立了單獨(dú)的電場(chǎng)模型來(lái)估計(jì)其強(qiáng)度和刺激的空間精度，對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)的空間分布和alpha拓?fù)溟g的相關(guān)性。結(jié)合這些變量能使個(gè)體模型預(yù)測(cè)刺激的神經(jīng)生理學(xué)效應(yīng)。有研究利用個(gè)體水平的電場(chǎng)模擬預(yù)測(cè)大腦網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位的靜息態(tài)fMRI（rs-fMRI）調(diào)控，從而進(jìn)一步證實(shí)個(gè)體化頭模型的作用。

11.用于個(gè)體性干預(yù)的其他方法

       tES研究的最終目標(biāo)之一是為神經(jīng)病理治療找到有效和可靠的干預(yù)措施。但是，在這種情況下，大腦解剖結(jié)構(gòu)通常與健康個(gè)體的不同?？赏ㄟ^(guò)與個(gè)體化頭模型結(jié)合，來(lái)解決該問(wèn)題，這些模型考慮了受試者間解剖結(jié)構(gòu)的變異性，從而指導(dǎo)研究人員采用更有效的刺激參數(shù)。

       最新的模型不能評(píng)估受試者隨時(shí)間變化的振蕩的動(dòng)態(tài)特性。研究人員研究閉環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)個(gè)體神經(jīng)振蕩的頻率和相位調(diào)整刺激參數(shù)。然而，由于刺激會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重偽影，當(dāng)tES頻率和所研究的神經(jīng)振蕩相匹配時(shí)，這種方法不適用。所以研究人員探索其他幾種方法。一種方法是在刺激session前進(jìn)行MEG和EEG記錄，然后將tACS干預(yù)頻率調(diào)整為個(gè)體化頻率。第二種方式是將刺激的頻率和相位與大腦振蕩相匹配，并在關(guān)閉刺激的間隔期間采集數(shù)據(jù)。第三種是基于感覺(jué)和電刺激。然而，這種方法可能局限于低級(jí)感知域，需考慮傳播中存在延遲。另一方法是產(chǎn)生非常規(guī)的tACS電流波形，如鋸齒波，可以從EEG信號(hào)中去除偽影。

       頭部組織的電導(dǎo)率也會(huì)導(dǎo)致可變性，在受試者個(gè)體內(nèi)和受試者間發(fā)生變化，這對(duì)準(zhǔn)確估計(jì)傳遞到大腦的刺激電流很重要。可通過(guò)電阻抗斷層掃描（EIT）、MRI和彌散張量成像（DTI）等非侵入性成像方法，可以獲得更準(zhǔn)確的個(gè)體水平上的電導(dǎo)率值。新技術(shù)MRI電流密度也可以用于在個(gè)性化的基礎(chǔ)上估計(jì)電導(dǎo)率和電流?？傊疚恼J(rèn)為進(jìn)一步探索受試者間和受試者內(nèi)解剖學(xué)和生理學(xué)的刺激方案，將提高tES干預(yù)治療目的的功效。

12.結(jié)論

       大量研究表明，在人類(lèi)和其他動(dòng)物中，神經(jīng)振蕩是有效地在大腦中傳遞信息以指導(dǎo)行為和認(rèn)知過(guò)程的重要機(jī)制。重要的是，觀察到的各種神經(jīng)和神經(jīng)精神疾病與異常的神經(jīng)振蕩動(dòng)力學(xué)有關(guān)。tES方法用于闡明行為如何在完整的人類(lèi)大腦中與大腦節(jié)律產(chǎn)生因果關(guān)系。但是，目前并不清楚tES方法是否可以用于測(cè)試人類(lèi)神經(jīng)振蕩的因果作用。雖然從不同層面出發(fā)，研究關(guān)于tES方法誘導(dǎo)神經(jīng)夾帶的機(jī)制和功效的基本知識(shí)，但本文強(qiáng)調(diào)，在得出關(guān)于在給定物種中觀察到的影響是否存在的結(jié)論前，應(yīng)謹(jǐn)慎行事。本文認(rèn)為，將實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論建模估計(jì)相結(jié)合，不僅可以改善物種間的結(jié)果轉(zhuǎn)換，還可以減少對(duì)tES響應(yīng)的可變性，尤其是與可以在個(gè)體基礎(chǔ)上調(diào)整刺激參數(shù)的方法相結(jié)合時(shí)。本文認(rèn)為，通過(guò)協(xié)調(diào)方法學(xué)提供的信息，以?xún)?yōu)化神經(jīng)振蕩和行為間關(guān)系的研究結(jié)果的結(jié)論，對(duì)于評(píng)估tES從動(dòng)物模型到人類(lèi)的轉(zhuǎn)換將變得越來(lái)越重要。然而，為了更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)這些干預(yù)對(duì)人類(lèi)的臨床效果，必須在網(wǎng)絡(luò)的作用機(jī)制與跨物種和行為狀態(tài)的行為水平上存在良好的一致性。這些都對(duì)tES方法轉(zhuǎn)換的成功應(yīng)用以改善心理健康很重要。