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本研究探究不同间隔时间（2秒、4秒、8秒）的重复非疼痛触觉刺激对脑电α波功率的影响，发现α活动在4秒间隔时最低，8秒时最高，且在中央和颞叶区域表现一致，表明间隔时间影响抑制控制和感觉处理。
作者：?a?da? Güdücü、Güliz Ak?n ?ztürk、Zehra ülgen
土耳其伊兹密尔市Balcova，35340号，九月九日大学健康科学研究所生物物理学系
摘要
阿尔法波（alpha-band）功率被视为与感觉处理相关的皮层状态的标志，包括感觉抑制和感觉输入的时间组织。本研究旨在探讨在重复性、无痛的触觉刺激过程中，电生理脑反应的阿尔法波功率是否受到不同刺激间隔（interstimulus intervals，ISI）的影响。通过气动刺激器，以2秒（s）、4秒和8秒的间隔对右手的食指施加无痛触觉刺激。每种间隔都进行了独立实验，实验顺序为伪随机排列。所有实验均由24名志愿者参与，记录了脑电图（EEG）数据。分析结果显示，阿尔法波活动在ISI=4秒时最低，在ISI=8秒时最高。这种模式在中脑和顶叶区域均得到一致观察。在ISI=2秒的实验中，虽然前额叶、中脑和顶叶区域之间没有显著差异，但在ISI=4秒的实验中前额叶活动最为明显。ISI=8秒时，中脑区域的阿尔法波活动水平最高。刺激间隔的变化会影响大脑的抑制控制和感觉处理功能。前额叶皮层在中间间隔（ISI=4秒）下似乎能更有效地管理注意力和认知控制，而中脑区域则在较长间隔（ISI=8秒）下更积极参与触觉输入的处理。
引言
在各种感觉系统中，触觉对于与环境直接互动以及理解周围世界至关重要（Bremner和Spence，2017）。触觉感知在物体识别、促进身体互动以及建立社会情感联系方面起着关键作用（Gottlieb，1971；Bremner和Spence，2017；Wang等人，2021）。尽管触觉在人类感知和行为中具有基础性作用，但与听觉、视觉和痛觉模式相比，相关研究相对较少。全面了解简单的触觉及其机制对于研究影响感觉感知的因素具有重要意义，并对神经科学研究、临床应用、触觉反馈和机器人手术具有重大意义（Bergholz等人，2023；Neylan等人，1999；Patterson等人，2008；Sebastianelli等人，2025；Wang等人，2021）。由于感觉系统的综合性，它涵盖了多种感知模式，包括触觉、本体感觉和痛觉（Baumgarten等人，2015；Bremner和Spence，2017；Peng等人，2014；ten Donkelaar等人，2020）。该领域的研究通常涉及对不同身体部位施加多种刺激。本研究通过时间操控无痛触觉刺激，探讨了简单触觉的电生理相关性。
脑电图（EEG）是一种非常受欢迎且有效的技术，可用于研究感觉处理，因为它具有毫秒级的时间分辨率。EEG有助于检测事件相关电位及其振荡动态。利用EEG的研究表明，可以有效地评估事件相关电位和振荡活动。具体而言，分析EEG振荡可以揭示感觉刺激任务中感觉系统的功能（Ba?ar等人，2001；Jones等人，2010；Quandt等人，2013；Vibell等人，2023）。研究表明，在各种脑振荡中，阿尔法波（8–13 Hz）在注意感觉刺激和感觉感知方面尤为重要。阿尔法振荡对于调节皮层活动至关重要，因为它们的调节会影响感觉信息的处理和感知（Cohen，2017；Foxy和Snyder，2011；Siegel等人，2012；Vibell等人，2023；Wiesman和Wilson，2020）。此外，在刺激预期和感觉预期背景下观察到阿尔法波的减弱，表明皮层兴奋性和任务准备性增加（Quandt等人，2013；Schuhmann等人，2019）。阿尔法振荡（8–13 Hz）因其在调节皮层活动和认知过程中的积极作用而被认为是重要机制（Bazanova和Vernon，2014）。阿尔法波在过滤和优先处理感觉信号方面起着重要作用（Cheng等人，2015）。研究还表明，阿尔法振荡与抑制机制有关（Jensen和Mazaheri，2010；Zhigalov和Jensen，2020；Tu等人，2024）。阿尔法波活动的增加似乎是一种抑制与任务无关区域的机制，从而忽略与任务无关的重复或无关刺激（Haegens等人，2012；Shen等人，2019；Morrow等人，2023；Worden等人，2000；Zazio等人，2022）。阿尔法振荡抑制与感觉处理无关的大脑区域，从而将注意力引导到感兴趣的区域，并防止无关信息流入这些区域（Foxy和Snyder，2011；Helfrich等人，2014；Uemura等人，2021）。
习惯化过程表现为大脑对重复刺激的反应减弱（Dorado等人，2025；Ioannou和Anastassiou-Hadjicharalambous，2021；Uzun?akmak-Uyan?k等人，2025），这一过程受到无关信息过滤的显著影响。习惯化利用选择性注意力来区分哪些刺激需要响应，哪些可以忽略（Ioannou和Anastassiou-Hadjicharalambous，2021；Megela和Teyler，1979；Podoly和Ben Sasson，2020）。阿尔法波活动因其在中枢抑制和选择性注意力中的作用而受到关注，可能在引导注意力方面发挥关键作用，通过抑制重复和无关数据来实现（Dahl等人，2022；Foxy和Snyder，2011）。在本研究中，使用重复的静态无痛触觉刺激来诱导习惯化。在感觉系统中，可以应用多种刺激，包括电刺激（Uzun?akmak-Uyan?k等人，2025）、机械刺激（Angel等人，1985；Illman等人，2021）、激光刺激（Kalita等人，2013）、超声波触觉刺激（Lehser等人，2018）和振动触觉刺激（Nangini等人，2006；Uglem等人，2017）到不同的身体部位。在本研究中，将无痛触觉刺激施加到指尖，以模拟日常生活中的触觉体验。
据我们所知，本研究是首批系统探讨不同刺激间隔（2秒、4秒和8秒）下无痛触觉刺激如何调节阿尔法波活动的研究之一。具体来说，我们研究了触觉刺激之间的时间间隔变化是否与阿尔法波功率的变化相关，这反映了与感觉处理相关的皮层状态的时间依赖性调节。我们假设在不同刺激间隔下施加的无痛触觉刺激会导致阿尔法波活动的可测量变化，可能反映了不同ISI条件下准备和适应神经过程的差异。
材料与方法
本研究获得了大学当地伦理委员会的批准（DEUGOAEK-2023/04-29）。使用G*Power 3.1（Faul等人，2007）进行的先验功效分析确定，为了在3×2×3重复测量方差分析（ANOVA）中检测到中等效应大小（f=0.25），需要至少17名参与者，功效为0.95，α=0.05，并假设非球形性校正ε=0.75。由于我们选择中等效应大小，因此将“效应大小f”设置为0.25（Cohen，
结果
在三个脑区观察到阿尔法波段的脑振荡反应幅度（图1）。进行了三因素重复测量ANOVA，以确定时间（刺激前 vs. 刺激中）对阿尔法波功率的影响，这取决于刺激间隔（ISI=2秒、ISI=4秒、ISI=8秒）以及感兴趣的区域（ROI：前额叶、中脑和顶叶）。时间具有显著的主效应，F(1, 16) = 17.33，p < 0.01。参与者的阿尔法波功率有所增加
讨论
本研究探讨了重复性无痛触觉刺激如何根据刺激间隔（ISI）调节不同皮层区域和半球侧化的阿尔法活动。
结论
从ISI=2秒到ISI=4秒的刺激间隔并未在脑区之间区分触觉刺激的处理方式，因为所有区域似乎都能快速处理这些输入。然而，ISI=4秒特别支持前额叶区域的最优抑制控制。在这一间隔下，中脑和顶叶区域观察到的最小阿尔法波功率表明了有效的习惯化和最佳注意力。相反，ISI=8秒似乎将神经资源转向感觉和运动整合
伦理声明
本研究获得了九月九日大学伦理委员会的批准（DEUGOAEK-2023/04-29；-2018/12-29）。所有参与者都了解了研究内容并提供了书面知情同意。
未引用的参考文献
Barry等人，2020；Ba?ar等人，2011；Ba?ar等人，1997；Culham和Kanwisher，2001；Faul等人，2009；Güdücü等人，2025；Klimesch等人，1997；Ma等人，2025；Penconek，2022；Pfurtscheller，1992；Ray和Cole，1985；Shomstein和Gottlieb，2016；Zhigalov和Jensen，2020。
作者贡献声明
?a?da? Güdücü：概念化、研究设计、方法论、软件开发、监督、初稿撰写、审稿与编辑。
Güliz Ak?n ?ztürk：审稿与编辑、初稿撰写、方法论、数据分析、数据整理、概念化。
审稿与编辑、初稿撰写、可视化、数据分析、概念化。
资助
该项目得到了九月九日大学的资助（项目编号：2019KB.SAG.013）。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了九月九日大学科学研究项目协调单位的支持，项目编号为2019.KB.SAG.013。我们感谢U?ra? Erdo?an在MATLAB中设计实验设置以及实现与EEG记录的实时同步方面提供的宝贵帮助。
