《Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging》：Does anodal transcranial direct current stimulation over the primary motor cortex really enhance motor sequence learning?
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背景：经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation, tDCS）传统上被认为通过直接极化皮层神经元来调节大脑。然而，近期研究表明，到达皮层的电场很弱，而头皮的电场强到足以刺激外周神经，可能间接影响皮层兴奋性。在
背景：经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation, tDCS）传统上被认为通过直接极化皮层神经元来调节大脑。然而，近期研究表明，到达皮层的电场很弱，而头皮的电场强到足以刺激外周神经，可能间接影响皮层兴奋性。在本研究中，研究人员旨在复制先前发现，即阳极tDCS增强运动序列学习（motor sequence learning, MSL），并探究效应主要由皮层极化、外周神经刺激还是两者共同驱动。方法：在一项包含99名成人的双盲、预注册研究中，研究人员使用三节段序列反应时任务（serial reaction time task, SRTT）检查了1mA阳极tDCS作用于初级运动皮层（primary motor cortex, M1）对MSL的影响。除了假刺激外，研究人员还添加了一个额外的对照条件，即使用BL10凝胶阻断外周神经输入，从而将外周和皮层对tDCS效应的贡献分离开。结果：研究人员观察到在所有条件下，MSL在节段内和跨节段均有显著改善（p<0.0001）。然而，刺激条件之间未观察到显著差异（p=0.94）。结论：鉴于tDCS对MSL缺乏显著效应，研究人员无法回答关于潜在神经生理机制的主要研究问题。尽管如此，该研究结果进一步证明了tDCS运动效应不太可能像先前认为的那样大，并为引发关于tDCS作为神经调控技术可靠性的讨论的文献增添了内容。
经颅直流电刺激（tDCS）作为一种非侵入性神经调控技术，传统上被认为通过直接极化皮层神经元来调节大脑功能。然而，近期计算模型表明，施加于头皮的电流仅有极小部分能到达皮层（电场强度<0.5 V/m），而头皮下的电场强度可达20 V/m，足以刺激外周神经，进而通过激活脑干结构（如蓝斑）间接增强皮层兴奋性。这一发现引发了对tDCS经典机制的质疑。同时，尽管多项研究报道阳极tDCS作用于初级运动皮层（M1）可增强运动序列学习（MSL），但效应大小、时程及可重复性存在争议，部分研究甚至报告负性结果。因此，有必要首先复制tDCS对MSL的增强效应，再进一步区分其神经生理机制是基于皮层极化（经颅机制）还是外周神经刺激（经皮机制）。本研究正是基于这一目的而设计。
研究人员开展了一项大样本、双盲、随机、被试间、预注册研究，纳入99名健康年轻成人（来自社区招募，平均年龄23±3岁，37%男性，63%女性），随机分为三组：阳极tDCS组（n=33）、阳极tDCS联合BL10麻醉凝胶组（n=33，用于阻断外周神经传入，仅保留经颅机制）、假刺激组（n=33）。研究采用三节段序列反应时任务（SRTT），每节段包含16个序列块和随机块，同时施加1mA阳极tDCS于左侧M1（C3），返回电极置于对侧眶上（FP2），使用3D打印的Signa-gel填充杯状电极（直径19mm）。每节段结束后立即进行无刺激的测试，并在次日开始前进行24小时巩固测试。数据分析采用线性混合模型（LMM）、贝叶斯因子及重复测量方差分析等统计方法。
研究结果如下：
**基线表现**：通过比较三组在任务熟悉化后的随机块平均反应时间（RT），发现基线表现无显著差异（tDCS: 406±33 ms, tDCS+BL10: 397±38 ms, sham: 398±35 ms），两两比较的p值均>0.05，Cohen's d绝对值<0.25，表明各组初始水平一致。
**跨节段持续运动序列学习**：所有刺激组在节段间均表现出显著的RT降低（表1），如从基线至第3节段，tDCS组平均降低218ms（p<0.0001），tDCS+BL10组降低216ms（p<0.0001），sham组降低216ms（p<0.0001）。但tDCS组和tDCS+BL10组在节段2至节段3的改善未达到多重比较校正后的显著性水平（p分别为0.026和0.023，校正后α=0.05/3≈0.017）。这一结果表明所有参与者在整个实验期间持续学习，但未出现早期平台期。
**刺激对跨节段和节段内运动序列学习的影响**：线性混合模型分析显示，会话主效应显著（β=39ms, SE=3.85, t(267)=10.10, p<0.0001），表明学习随时间推进。但刺激条件主效应不显著，tDCS+BL10组与tDCS组相比（β=?3.82, p=0.825），sham组与tDCS组相比（β=?9.44, p=0.592）。节段内的两样本t检验也未发现任何节段中刺激条件间MSL改善的显著差异（所有p>0.5）。贝叶斯因子（BF
tDCS–sham=0.153）低于1，为支持零假设提供实质证据，即tDCS对MSL无增强效果。
**刺激对在线运动序列学习的影响**：在每节段内，所有刺激组均表现出显著的在线学习，重复测量ANOVA显示块效应显著（节段1: F(15,1305)=6.81, p<0.001；节段2: F(15,1305)=6.32, p<0.001；节段3: F(15,1305)=7.67, p<0.001）。然而，块与刺激条件的交互作用在所有节段中均不显著（节段1: p=0.406；节段2: p=0.087；节段3: p=0.408），表明不同刺激条件下的学习曲线无差异。
讨论部分指出，本研究未能复制1mA阳极tDCS增强MSL的效应，无论在学习过程中、学习后立即、经过三个节段还是24小时巩固后均无显著效果。尽管先前有元分析认为至少三个节段可检测到效应（标准化均值差SMD=0.97），但本研究的阴性结果与大样本量（每组33人，去除不合规者后每组28–33人）及贝叶斯因子支持零假设的结果一致，进一步支持近期综述和元分析的观点：tDCS对运动学习的影响可能比早期报告更小且更可变。研究人员推测，使用新型杯状电极（低阻抗约0.3Ωm）可能通过降低所需电压而影响tDCS效应，但此仅为推测。研究强调，未来需基于动物模型系统区分经皮与经颅机制，再在人类临床研究中验证tDCS在何种条件下产生可靠行为效应，以推进其临床神经调控应用。
研究结论部分翻译如下：总之，研究人员旨在研究tDCS（经颅直流电刺激）的神经生理机制，但由于无法复制tDCS显著增强MSL（运动序列学习）的先前发现，故未能检验假设。尽管在设计本研究时MSL被认为是tDCS最可靠和一致的行为结局之一，但综述和近期元分析表明tDCS对运动学习的影响可能比早期提出的更小且更易变。本研究在样本量显著大于原始研究的情况下仍未能观察到显著效应，加之其他多项研究报告类似结果，进一步突显了tDCS领域在可重复性方面的持续挑战，并支持了日益增长的文献观点：即使tDCS对运动学习存在效应，其也很可能较小。虽然行为结局的可变性可能部分反映研究范式、刺激参数或应用方法的差异，但研究结果间的显著不一致揭示了人们对tDCS神经生理机制缺乏基本理解。因此，建议未来研究使用动物模型系统区分tDCS效应背后的经皮和经颅机制，然后将所得基本见解在人类临床研究中验证，以明确tDCS是否及在何种条件下产生可靠的行为效应，从而为其在临床神经调控中的潜在应用提供信息。
