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本文是一项针对慢性踝关节不稳（CAI）的随机、假刺激对照实验研究。研究者探索了单次小脑靶向经颅直流电刺激（tDCS）能否立即改善患者的姿势控制能力，并伴随小脑活动改变。结果显示，刺激后实验组患者在内外侧方向上的压力中心（CoP）轨迹长度显著缩短，且这一改善与小脑上叶（SL3）区域活动一致性（ReHo）的提升密切相关。这提示小脑tDCS可能通过调节小脑功能来部分改善CAI相关的姿势控制缺陷，为CAI的机制特异性康复提供了新的神经调控思路。
1 引言
外侧踝关节扭伤是一种普遍的肌肉骨骼损伤，约60%的人一生中会经历。急性扭伤的一个重要后果是高复发率和遗留的病理状态，即慢性踝关节不稳（CAI）。除了可能引发的机械性不稳，发展为CAI的个体常伴有持续的感觉运动缺陷。姿势控制障碍因其在日常和体育活动中至关重要而受到广泛研究。目前针对此问题的有效策略仍然缺乏，需要开发更具针对性、机制特异性的干预措施。
中枢神经系统改变可能是CAI相关姿势控制缺陷的驱动因素。Freeman等人最早于1965年提出，韧带断裂导致的本体感受器损伤会扭曲单腿反射，后续研究也证实了伴随的脊髓上功能障碍。小脑在精细动作和维持稳定姿势中起关键作用。鉴于CAI与姿势控制受损之间的明确联系，研究人员长期怀疑小脑在该病症中存在持续性参与。然而，直接证据直到磁共振成像（MRI）技术进步，能够评估皮层下结构后才出现。使用结构和静息态MRI，薛等人研究表明，CAI的姿势控制缺陷与小脑异常相关，包括小脑蚓部灰质体积减少以及双侧小脑小叶VIIIb的静息态内在活动降低（由更低的区域性同质性（ReHo）表明）。遗憾的是，基于小脑的针对性干预措施在CAI康复中仍然缺乏。
经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性技术，通过向头皮施加低电流来改变神经元静息电位、调节区域兴奋性，并将适应不良的神经可塑性转化为临床获益。tDCS的临床应用表明其在改善姿势稳定性方面具有潜力。Ehsani等人和Yosephi等人发现，无论是应用在初级运动皮层（M1）还是小脑上的阳极tDCS，在经过单次20分钟刺激以及为期两周、共六次刺激的方案后，均能改善老年人的姿势稳定性，且在小脑区域观察到更大的效应。在CAI领域，Bruce等人和Ma等人使用基于M1的多周tDCS进行的初步研究报告了动态平衡结果的改善。然而，尚无研究探讨小脑tDCS对CAI的效果。
因此，在考虑进行完整的多疗程试验之前，我们此次进行了一项初步的随机对照研究，旨在评估单次小脑tDCS对CAI患者姿势控制的即刻影响，并在刺激前后反复评估神经活动，以研究与任何姿势控制改善相关的潜在中枢变化。我们假设，20分钟的小脑tDCS将立即改善姿势控制并伴随小脑活动的改变。
2 材料与方法
2.1 研究设计
参与者被随机分配到主动tDCS组或假刺激组，并在20分钟刺激前后接受姿势控制测试和脑部MRI。所有负责姿势控制、MRI评估和统计分析的研究人员对分组分配设盲。研究方案获得了复旦大学附属华山医院机构研究伦理委员会的批准。
2.2 参与者
我们基于先前研究中20分钟小脑tDCS后静态姿势控制的改善程度计算了先验样本量。为达到0.8的统计检验力和0.05的α水平，每组需要9名参与者，分配比例为1:1。考虑到可能的退出，我们从当地大学招募了22名参与者。
CAI的纳入标准基于国际踝关节协会的定义。排除标准包括：既往下肢手术或需要复位的骨折；过去3个月内严重的下肢急性损伤；重大内科疾病；当前使用特定药物；活动性皮肤感染或乳胶过敏；以及非右利足。
2.3 评估
2.3.1 问卷
在实验日进行简短访谈，获取人口统计学和临床特征。访谈后，参与者有机会在研究中心的休息室休息，直到感觉完全准备好开始正式实验。
2.3.2 姿势控制评估
首先，使用测力板评估姿势稳定性。参与者睁眼、赤脚站在患侧肢体上，试图保持平衡15秒。分析的关键变量是传统的线性压力中心（CoP）指标。此外，使用平衡误差评分系统（BESS）评估闭眼姿势控制。为尽量减少参与者疲劳，同时确保在tDCS刺激后的最佳评估窗口内完成测量，本研究未纳入动态平衡任务。
2.3.3 MRI数据采集与分析
为评估小脑tDCS的中枢效应，使用3.0特斯拉扫描仪进行静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）。使用RESTplus软件分析rs-fMRI数据。MRI预处理包括层时间校正、头动校正、配准、统一分割、空间标准化、热漂移除和干扰协变量回归。使用低频波动分数幅值（fALFF）和区域性同质性（ReHo）分别评估区域内在活动强度和一致性。由于神经影像部分的目标是将脑部变化与观察到的tDCS姿势控制获益联系起来，相关性分析仅限于在干预前后变化中表现出显著组间差异的rs-fMRI指标。
2.4 小脑tDCS刺激
使用ActivaDose II设备进行小脑tDCS。阳极和阴极电极置于两个浸泡在生理盐水溶液中的海绵内。阳极置于枕骨隆突下方约1厘米处，阴极置于右侧三角肌中部。该电极布置通过有限元分析验证。在tDCS组中，参与者接受1.5 mA的阳极刺激20分钟。假刺激组则采用渐入-短时刺激-渐出方案，刺激在30秒后关闭。干预期间，受试者坐在合适的椅子上，避免不必要的身体和心理活动。
2.5 统计分析
使用R软件进行数据分析。使用t检验或卡方检验比较基线特征和盲法保持情况；使用Mann-Whitney U检验评估非正态基线和tDCS副作用。使用Mann-Whitney U检验对姿势控制和rs-fMRI的变化值（干预后减去干预前）进行组间比较，评估tDCS疗效。使用Cohen's d量化组间效应量。使用Spearman检验检查tDCS组内显著的姿势控制变化与rs-fMRI变化之间的相关性。显著性水平设定为双侧p < 0.05。由于这是一项探索性初步研究，未进行多重比较校正。
3 结果
22名志愿者中，1名对照参与者因初次fMRI头动过大而被排除并退出，其干预前的CoP和BESS数据未纳入分析。最终样本包括假刺激组10名患者和主动tDCS组11名患者。两组在基线时具有可比性。刺激耐受性良好。
仪器化的实验室CoP评分显示，假刺激组在各种参数上的晃动增加，而tDCS组的晃动减少。相比之下，tDCS组在CoP轨迹长度的内外侧（ML）方向上显示出具有大效应量的显著改善。然而，在非仪器化的临床BESS评分上，假刺激组和tDCS组之间未观察到显著差异。在tDCS组中，蚓部1-2和上叶3（SL3）的ReHo升高，而蚓部6和下叶8的fALFF增加，均具有大效应量。上叶3的ReHo改善与tDCS组内外侧CoP长度的下降密切相关。
4 讨论
4.1 小脑tDCS对CAI姿势控制的影响
小脑通过脊髓小脑束接收踝关节本体感觉输入，并与感觉运动皮层广泛连接，支撑运动控制和姿势稳定性。急性踝关节扭伤后，早期物理治疗恰当地侧重于快速减轻疼痛和肿胀。然而，一旦发展为慢性踝关节不稳，康复重点必须转向纠正持续的感觉运动缺陷，特别是本体感觉传入神经阻滞及其伴随的适应不良的皮层-小脑重组。即使在慢性期方案中包括神经肌肉再训练，也可能无法完全逆转这些根深蒂固的神经可塑性变化，这可能会削弱传统疗法的整体有效性。尽管小脑tDCS可能不直接影响踝关节传入神经阻滞，但我们推测它可以调节小脑处理和脑-皮层功能连接，从而促进感觉整合并改善姿势控制期间对剩余本体感觉输入的利用。需要进一步的基礎研究来阐明小脑tDCS在CAI中激活的生理级联反应。
假刺激组的CoP晃动长度可能因重复测试和MRI引起的疲劳而增加，而tDCS组则保持或改善了稳定性。然而，这种即时效应可能不会转化为有意义的临床获益。因为CAI患者比未受伤的对照者在内外侧和前后方向上都表现出更大的晃动，而干预主要减少了内外侧晃动，姿势矫正似乎是部分的。此外，使用非仪器化的临床BESS评估未揭示主动和假tDCS组之间的显著差异。CoP结果与BESS评分在tDCS后的矛盾发现可能意味着在实验条件下观察到的改善对于不敏感的临床观察来说过于细微，也表明了tDCS诱导效应的有限功能转移。
阳极小脑tDCS被认为能使浦肯野细胞去极化，减少小脑向皮层的抑制，并增强齿状核-丘脑-皮层驱动。我们的研究发现，小脑tDCS诱导了整合踝关节传入的小叶3/蚓部1-2枢纽内的区域性同质性增益，并伴有内外侧CoP晃动的减少，这与上叶在不稳定条件下细化感觉运动反应的作用一致。相比之下，CAI中的M1 tDCS主要提高皮质脊髓兴奋性并改善动态任务。因此，小脑和M1 tDCS可能在互补阶段起作用：小脑tDCS锐化感觉整合，而M1 tDCS放大运动执行。
4.2 临床意义
这些发现凸显了对机制特异性CAI康复的迫切需求。将增强中枢适应的针对性策略加入到标准训练中，可以为CAI拓宽有效的神经适应性治疗方案。尽管如此，尚不能推荐常规使用小脑tDCS；需要进行更大规模、更长期、更稳健的多中心试验来确认在不同人群中的临床意义效应，并评估患者的接受度。
4.3 局限性
我们的研究结果应在研究的局限性背景下进行解读。首先，样本量可能不足以评估小脑tDCS的某些效应。其次，我们使用了传统的tDCS，其空间精度有限。第三，虽然单腿站立期间的CoP结果在CAI研究中被广泛使用，但它们可能遗漏了很大一部分全身质心加速度。此外，仪器化的CoP测试仅在睁眼条件下进行。第四，rs-fMRI的生理学解释不如任务态fMRI清晰。第五，尽管努力最小化刺激与评估之间的时间间隔，但仍可能引入偏倚。第六，研究流程可能导致参与者疲劳。第七，重复姿势测试产生的学习效应。第八，关于测试姿势的方法学考虑。最后，我们的研究未排除CAI参与者存在机械性松弛的可能性。
5 结论
我们的研究表明，单次小脑tDCS增强了CAI患者的姿势控制，并与小脑上叶一致性的增加相关。然而，观察到的效应是细微的，这表明需要进一步研究，涉及更多次的小脑tDCS疗程和结合运动疗法，以放大观察到的益处。
