《Frontiers in Neuroscience》：Haemodynamic correlates of bilateral 6 Hz transcranial alternating current stimulation during working memory enhancement revealed by fNIRS
编辑推荐：
引言：Theta频段经颅交流电刺激（tACS）被认为通过夹带内源性振荡来增强工作记忆（WM），然而伴随theta-tACS相关WM增益的血流动力学特征仍不清楚。研究人员调查了6 Hz tACS是否调节WM期间前额叶任务诱发的血流动力学反应，以及这种变化是否与行
引言：Theta频段经颅交流电刺激（tACS）被认为通过夹带内源性振荡来增强工作记忆（WM），然而伴随theta-tACS相关WM增益的血流动力学特征仍不清楚。研究人员调查了6 Hz tACS是否调节WM期间前额叶任务诱发的血流动力学反应，以及这种变化是否与行为改善相关。方法：采用随机、单盲、假刺激对照设计，健康成年人（18-30岁）被分配接受6 Hz tACS或假刺激（初始每组n = 25）。刺激（1mA峰峰值，20分钟，30秒斜坡升/降）双侧输送至背外侧前额叶皮层（DLPFC；F3/F4）。参与者在刺激前后完成了数字广度测试和N-back任务（1-back、2-back、3-back）。在N-back表现期间，fNIRS记录了双侧DLPFC信号。使用一般线性模型估计任务诱发的氧合血红蛋白（HbO）β系数。组间预处理变化的差异使用组内/组间分析和协方差分析（ANCOVA）进行检验，脑行为耦合通过Spearman相关评估。结果：经过fNIRS质量控制后，44名参与者纳入最终分析；六名参与者因超过30%通道被识别为低质量而被排除。相对于假刺激，6 Hz tACS在数字广度倒背和总得分上产生了更大的改善。在N-back任务中，准确性在高负荷3-back条件下选择性提高（组间变化：[F(1,40)= 12.29, p_adj = 0.0034, η2p= 0.24]），而反应时未显示显著的组间差异。fNIRS显示刺激后在3-back期间左侧DLPFC HbO-β增加，在一个通道上观察到显著的组间β变化[(F(1,40)= 10.69, p_adj = 0.035)]。在6 Hz组内，3-back准确性的提高与左侧DLPFC的β变化呈正相关（ρ = 0.44, p_adj = 0.039）。结论：双侧6 Hz tACS选择性增强高负荷WM准确性，并伴随左侧DLPFC任务诱发血流动力学激活的增加。观察到的脑行为耦合表明，theta频率神经调控可能通过加强前额叶神经血管反应来促进高认知需求下的执行控制。
这篇发表在《Frontiers in Neuroscience》的研究针对theta频段经颅交流电刺激（tACS）增强工作记忆（WM）时伴随的皮质血流动力学特征尚不明确这一科学问题，探讨了6 Hz tACS对工作记忆及前额叶血流动力学反应的影响。研究背景指出，尽管已有大量研究证实tACS可通过相位同步调节神经节律，但其对局部皮质血流动力学的影响，特别是利用功能性近红外光谱（fNIRS）测量的任务诱发反应，仍未得到充分表征。因此，本研究旨在通过结合fNIRS与行为学评估，阐明6 Hz tACS调控背外侧前额叶皮层（DLPFC）神经血管反应的机制。
为实现这一目标，研究人员采用了几项关键技术方法：首先，研究设计为随机、单盲、假刺激对照试验，招募了18至30岁的健康成年人作为样本队列。其次，干预手段采用频率为6 Hz、强度为1 mA峰峰值的tACS，通过5 cm × 5 cm电极片双侧施加于F3/F4位点（对应DLPFC），持续20分钟。第三，行为学评估结合了数字广度测试（DST）和N-back任务（1-back、2-back、3-back），以量化工作记忆的表现。第四，利用fNIRS系统在N-back任务期间记录双侧DLPFC的血流动力学数据，并通过一般线性模型（GLM）估计任务诱发的氧合血红蛋白（HbO）β系数。最后，运用协方差分析（ANCOVA）和Spearman相关分析进行统计学处理，以控制多重比较并检验脑行为耦合关系。
研究结果部分详细展示了数据分析的结论。在基线特征方面，经过fNIRS质量控制后，最终纳入44名参与者进行分析，两组在年龄和性别分布上具有可比性。在Digit Span Test（数字广度测试）结果中，相对于假刺激组，6 Hz tACS组在刺激后表现出数字广度倒背和总得分的显著更大改善。在N-back accuracy（N-back任务准确率）方面，6 Hz tACS组仅在最高负荷的3-back条件下显示出准确率的显著提升，而1-back和2-back条件无显著变化，且组间比较证实了3-back条件下的显著差异。对于N-back reaction time（反应时），两组在任何负荷条件下均未发现显著变化。fNIRS β values（fNIRS β值）的分析显示，6 Hz tACS组在3-back任务期间左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC）的激活显著增加，特别是在特定通道（channel 57）上观察到了显著的组间差异。Correlation analysis（相关性分析）进一步揭示，在6 Hz组内，3-back准确率的提高与左侧DLPFC的β值变化呈显著正相关。此外，Tolerability（耐受性）评估表明，两组均未观察到严重不良事件，报告的短暂感觉均为一过性且可逆。
讨论部分对研究结果进行了深入阐释。Principal findings（主要发现）表明，双侧6 Hz tACS可能通过增强前额叶皮层的任务相关神经血管反应，促进高负荷工作记忆表现。Behavioral effects and proposed mechanisms（行为效应与潜在机制）分析指出，6 Hz刺激主要提高了准确率而非缩短反应时，暗示其作用于表征保真度和执行控制而非运动执行，这与theta振荡在维持和更新过程中的作用相符。Network-level interpretation and bilateral stimulation rationale（网络水平解释与双侧刺激原理）强调了双侧刺激相比单侧刺激的优越性，认为其能更好地支持涉及双侧DLPFC的前额顶叶控制网络协调。fNIRS haemodynamic signatures and lateralization（fNIRS血流动力学特征与偏侧化）探讨了为何血流动力学增强主要表现为左侧DLPFC的优势，推测这与数字N-back任务的言语性质及左半球在处理符号信息时的主导作用有关。最后，Limitations and future directions（局限性与未来方向）指出了样本量较小、仅测试单次刺激、未直接测量电生理指标等不足，并建议未来研究应结合EEG-fNIRS多模态设计。
综上所述，该研究得出结论：双侧6 Hz tACS选择性增强高负荷工作记忆准确性，并伴随左侧DLPFC任务诱发血流动力学激活的增加。观察到的脑行为耦合表明，theta频率神经调控可能通过加强前额叶神经血管反应来促进高认知需求下的执行控制。这一发现为理解非侵入性脑刺激调控认知功能的神经血管机制提供了重要的实证依据。
