《GeroScience》：Metacontrol-related aperiodic and periodic neural activity in cognitive aging: enhancing the neural signal-to-noise ratio through anodal transcranial direct current stimulation
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本研究针对老年认知控制能力下降这一关键问题，探讨了阳极经颅直流电刺激（atDCS）对年轻与老年群体非周期性和周期性神经活动的调控机制。通过Go/Nogo任务结合静息态脑电图分析，发现atDCS可特异性增强老年人在任务执行期间的非周期性指数（FOOOF斜率），表明其能提高神经抑制性调节水平，但未显著改变theta/alpha振荡功率或行为表现。该研究为理解神经调控改善老年认知衰退的生理机制提供了新视角，对发展认知健康干预策略具有重要启示。
随着全球人口老龄化加剧，年龄相关的认知功能衰退已成为重大社会挑战。其中，认知控制——即个体根据目标灵活调节行为的能力——在老年群体中表现出显著下降。传统研究多关注执行功能的持续性维持，而近年提出的"元控制"框架强调，高效行为需要在大脑的持久性（坚持原定目标）与灵活性（适应新信息）之间动态平衡。这种平衡能力尤其易受衰老影响，但其背后的神经机制及干预潜力尚不明确。
以往研究表明，老年大脑的γ-氨基丁酸（GABA）能抑制功能减弱，导致皮层兴奋/抑制（E/I）平衡失调，神经信号的信噪比降低。脑电图（EEG）中的非周期性活动（表现为1/f频谱斜率）可作为评估E/I平衡的敏感指标：斜率越陡峭（指数值越高），代表抑制性调节越强、神经活动越稳定。与此同时，周期性神经振荡（如theta频段与认知控制、alpha频段与信息抑制）也参与认知调节。非侵入性脑刺激技术如阳极经颅直流电刺激（atDCS）被认为可能通过调节GABA能系统改善E/I平衡，但其对老年元控制神经标志的影响仍有待揭示。
为回答这一问题，山东师范大学心理学系及德国德累斯顿工业大学等机构的研究团队在《GeroScience》发表最新研究，通过双盲交叉实验设计，对比了年轻（18–30岁）与老年（55–65岁）群体在接受atDCS或假刺激后执行Go/Nogo任务时的EEG动态。研究者采用FOOOF算法分解频谱的非周期性成分，并分析theta（4–8 Hz）与alpha（8–13 Hz）振荡功率，旨在明确atDCS是否通过调节非周期性活动增强老年大脑的神经信噪比，以及此种调节是否受任务状态和个体基线影响。
关键技术方法
本研究招募36名年轻人和39名老年人，每人在间隔一周的两次会话中分别接受20分钟右额下回（rIFG）靶向的atDCS（2 mA）或假刺激。EEG记录包括6分钟睁眼静息态及Go/Nogo任务期间的数据。采用Welch法计算功率谱密度（PSD），并通过FOOOF工具包提取非周期性指数（指数值增加代表频谱斜率变陡）。时间频率分析聚焦任务相关theta/alpha功率，统计方法包含重复测量方差分析（ANOVA）及聚类置换检验以控制多重比较。
研究结果
- 1.
行为表现呈现年龄差异但无刺激效应
年轻组在Go试次中的正确率更高、反应更快，但atDCS未显著改变两组的行为指标（命中率、反应时或虚报率），表明神经调控效果未直接体现于任务表现。
- 2.
非周期性活动受年龄、任务及刺激共同调节
在全脑分析中，非周期性指数在任务期内显著高于任务前，且年轻组整体指数高于老年组。关键发现在于：atDCS仅在老年人任务期内提升非周期性指数，尤其在Nogo试次（高抑制需求）中效果最强（图4B）。年轻组则未受刺激影响，仅显示Nogo试次指数高于Go试次（图4A）。聚类分析进一步确认atDCS增强了老年群体在高认知需求下的神经分化能力（图4C）。
- 3.
静息态基线无法预测刺激响应
个体静息态非周期性指数与atDCS引起的调制幅度（ΔatDCS）无显著相关，提示基线E/I状态并非刺激效果的决定因素。
- 4.
周期性活动未受调控且与非周期性成分分离
theta与alpha功率在Nogo试次中均高于Go试次，但atDCS未显著调制其功率。此外，非周期性指数变化与振荡功率变化无关联，支持二者作为独立神经机制响应调控。
结论与意义
本研究发现atDCS可特异性增强老年人任务状态下的非周期性神经活动，表现为FOOOF指数上升，这反映了抑制性张力提高及神经信噪比优化。然而，该效果仅限于主动认知 engagement 阶段，且不受静息态基线预测，说明atDCS的调控具状态依赖性。值得注意的是，周期性振荡活动未受刺激影响，且与非周期性成分解离，提示二者在神经调控中扮演不同角色。
该研究首次揭示了atDCS通过调节非周期性活动改善老年元控制神经机制的潜力，为理解脑刺激对E/I平衡的调节提供了电生理证据。尽管行为效益未显现，非周期性指数作为敏感神经标记仍为未来干预研究开辟了新路径。今后工作需结合多模态影像（如磁共振波谱MRS）与个性化刺激策略，进一步探索如何将神经调控转化为实际认知增益。
