《Behavioural Brain Research》：Elucidating the role of right dorsolateral prefrontal cortex in cognitive-motor interference: Polarity-specific effects of transcranial direct current stimulation
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认知-运动双任务干扰（DTi）的神经调控机制研究：通过双盲随机对照试验发现，右DLPFC阳极tDCS可改善运动表现，而阴极刺激则加剧干扰，且效应与基线能力呈负相关，提示个体化神经调控策略潜力。
三浦宏（Hiroshi Miura）| 大原雄二（Yuji Ogihara）| 姿间由奈（Yuna Imai）| 稲垣雄二（Yuji Inagaki）| 铃堂勇（Yuga Sudo）| 沢村大辅（Daisuke Sawamura）
北海道大学健康科学研究生院，札幌，060-0812，日本
摘要
认知-运动双重任务干扰（DTi）表现为在同时执行认知和运动任务时表现下降，这对日常功能构成了严重挑战，并增加了跌倒和事故的风险，尤其是在脆弱人群中。尽管右背外侧前额叶皮层（DLPFC）的激活增强与DTi有关，但这种激活的具体功能意义尚不清楚，包括它是否反映了适应性过程或与任务相关的过程。这项双盲、随机、安慰剂对照试验展示了经颅直流电刺激（tDCS）对健康年轻人认知-运动双重任务（CMDT）表现的极性依赖性行为效应。74名参与者在右DLPFC接受阳极、阴极或安慰剂tDCS的情况下，执行了结合使用非优势手进行螺旋绘制任务和听觉工作记忆任务（Paced Auditory Serial Addition Test）的高负荷CMDT。阴极刺激显著损害了运动表现，表现为绘制速度降低，而阳极刺激则显示出改善的趋势。在绘制准确性或认知任务表现方面未观察到显著差异。值得注意的是，基线运动表现较低的参与者对DLPFC调节的敏感性更高，这表明在认知负荷下对刺激的行为反应存在基线依赖性差异。这些发现表明，刺激右DLPFC可以在行为层面调节CMDT表现，并提示右DLPFC可能是旨在提高认知-运动表现的神经调节策略的潜在目标，尤其是在执行资源减少的人群中，如老年人和患有神经系统或精神疾病的人。
引言
认知-运动双重任务干扰（DTi）是指当个体同时进行认知和运动任务时表现下降的现象。这种现象通常归因于共享注意力和执行资源的有限容量，这在容量共享模型和认知控制理论中得到了解释[1]。在日常生活中，DTi在边走边聊或边解决问题边操作物体等活动时尤为明显。DTi会损害功能独立性，并增加跌倒的风险，尤其是在老年人和临床人群中[2]、[3]、[4]、[5]。为了系统地研究DTi，广泛使用了结合认知和运动需求的认知-运动双重任务（CMDT）范式，在受控实验条件下进行测试。
背外侧前额叶皮层（DLPFC）一直被认为与DTi有关，反映了其在注意力控制和执行处理中的核心作用。神经影像学研究一致显示，在高认知负荷下DLPFC激活增强，右DLPFC在视觉空间注意力、工作记忆和自上而下控制中起关键作用[6]、[7]、[8]。然而，对CMDT期间右DLPFC活动增强的确切解释仍存在争议。一些研究表明，右DLPFC活动的增强是一种补偿反应，与在高认知-运动需求下的任务表现相关[9]、[10]、[11]、[12]，这与神经回路补偿利用假说（CRUNCH）等模型一致[13]。此外，最近的理论框架提出，任务需求、神经资源利用和表现之间的关系遵循非线性倒U轨迹[14]、[15]。在这种框架下，适度的认知-运动负荷可以优化神经效率和任务表现，而过高的需求则会超出资源容量，导致神经招募增加，最终表现下降。这一观点为理解个体在DTi方面的差异提供了概念基础，特别是在那些接近认知资源极限的个体中。另一方面，右DLPFC活动的增强可能反映了神经特化的降低[16]、[17]或神经效率低下，即额外的招募未能转化为表现的改善或维持[12]、[14]、[18]。
值得注意的是，DLPFC的侧化强烈依赖于任务需求和模式：左DLPFC通常与语言相关的执行过程相关，而右DLPFC则与视觉空间注意力、非语言工作记忆和在认知要求高的CMDT范式中的适应性控制有关[19]、[20]、[21]、[22]。此外，在不同感官模式下，右DLPFC参与整合相互依赖的信息和监控正在进行的任务表现[23]、[24]、[25]。为了敏感地引发认知-运动双重任务干扰，同时最小化大脑半球的特定任务优势，我们选择了使用非优势手进行视觉运动绘制任务和节奏听觉连续加法测试（PASAT），这两种任务都能激活两侧半球的DLPFC（绘制：[26]；PASAT：[27]、[28]）。重要的是，先前的研究表明，复杂的非优势手运动与双侧DLPFC激活增强有关，这反映了更高的执行控制需求而非主要运动执行[29]、[30]。利用这一范式，我们之前的近红外光谱功能研究显示在高认知负荷下右DLPFC的选择性激活[15]。因此，本研究针对右DLPFC，以探讨这种区域的极性依赖性调节是否会在行为层面影响CMDT表现。
尽管有这些特定任务的考虑，但最近的研究表明，年轻人在参与相对较少但要求较高的CMDT范式时也可能出现DTi[15]、[31]、[32]。然而，目前还缺乏在行为层面直接证明右DLPFC在年轻人体验CMDT引起的DTi中的功能贡献的因果证据。鉴于DTi与跌倒风险增加和功能下降之间的已知联系，明确前额叶参与与CMDT表现之间的关系对于设计保持独立性和生活质量的干预措施非常重要。研究右DLPFC刺激与CMDT表现之间的关系有助于更好地描述CMDT相关的大脑-行为关系，并为开发更有效的治疗策略提供信息。
非侵入性脑刺激，特别是经颅直流电刺激（tDCS），为调节皮层兴奋性和探究大脑-行为关系提供了一种有前景的方法。最近的系统评价显示，对DLPFC进行阳极tDCS可以减少老年人的DTi，并改善包括步态和姿势控制在内的运动结果[33]、[34]。然而，其对年轻人DTi的影响尚不一致，可能是由于方法学上的异质性和报告研究中的样本量较小。大多数现有的CMDT研究主要集中在对左DLPFC进行阳极tDCS，而对阴极刺激或右半球目标的关注较少[33]、[34]、[35]。关键的是，没有研究系统地探讨了CMDT期间右DLPFC的极性依赖性调节，以阐明其在DTi中的作用，这是一个关键的知识空白。阴极tDCS已被证明可以通过极性依赖的膜极化机制降低皮层兴奋性，包括在前额叶区域[36]。尽管行为效应依赖于任务，但最近的证据表明，右DLPFC刺激可以在高任务需求下差异性地调节执行控制[37]，这为在CMDT期间研究极性特异性效应提供了依据。本研究通过双盲、安慰剂对照设计来解决这一空白，针对右DLPFC，并系统地比较了健康年轻人高负荷CMDT期间的阳极和阴极刺激。
因此，本研究旨在测试对右DLPFC进行极性依赖的经颅直流电刺激（tDCS）是否会在行为层面调节CMDT表现。我们假设阴极刺激会损害任务表现，而阳极刺激会在高认知-运动负荷下增强任务表现，并且这些效应在基线CMDT表现较低的个体中更为明显。这些发现可能有助于未来针对执行资源受损的老年人和临床人群的个性化神经调节方法的研究。
试验设计和参与者
这项双盲、随机、安慰剂对照试验包括78名健康的右利手年轻人，按年龄和性别分层。参与者在6个月的时间段（2024年8月至2025年1月）内招募。
所需样本量使用G*Power（版本3.1.9.3）根据部分eta平方（η2_p）=0.06的效应大小进行估计，用于时间×组交互作用（组内-组间），在没有先前平行组研究检查tDCS对双重任务表现影响的情况下。
人口统计数据
CONSORT流程图显示在图3中。最终样本由74名右利手健康年轻人组成（年龄24.69±2.79岁[范围19–29岁]，平均EHI得分95.41±7.91）。表1列出了各组的人口统计特征以及刺激感知评分和盲法结果。
三组之间在年龄、性别或EHI得分方面没有显著差异。
发现总结与解释
这项双盲、随机、安慰剂对照研究提供了因果证据，证明右DLPFC调节健康年轻人的CMDT表现和CMDT干扰。通过在高需求CMDT期间系统地对右DLPFC进行阳极和阴极tDCS，我们展示了在认知负荷下运动表现的极性依赖性调节。重要的是，由于本研究没有直接测量神经活动，因此此处讨论的解释是基于
结论
本研究证明，右DLPFC兴奋性的极性依赖性调节改变了健康年轻人的CMDT表现。抑制右DLPFC活动损害了运动表现，而增强兴奋性则促进了表现，尤其是在基线能力较低的个体中。总体而言，我们的发现提供了因果证据，表明选择性地调节右DLPFC兴奋性会影响年轻人在CMDT期间的运动速度。这些极性依赖性的
伦理批准
本研究获得了北海道大学健康科学学院的伦理委员会批准（批准编号：24-6）。本研究遵循《赫尔辛基宣言》的原则，并遵守《试验报告标准》指南。
资助
本研究由JSPS KAKENHI资助（项目编号：JP22K1144202）。
CRediT作者贡献声明
姿间由奈（Yuna Imai）：验证、调查、正式分析、数据管理。
稻垣雄二（Yuji Inagaki）：写作-审阅与编辑、验证、方法学、资金获取。
铃堂勇（Yuga Sudo）：方法学、调查、数据管理。
泽村大辅（Daisuke Sawamura）：写作-审阅与编辑、原始草稿撰写、可视化、验证、监督、资源管理、项目管理、资金获取、正式分析、概念化。
三浦宏（Hiroshi Miura）：原始草稿撰写、可视化、软件使用、方法学。
利益冲突声明
作者声明他们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。
