經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)及其在提升運(yùn)動表現(xiàn)中的應(yīng)用

卞秀玲，王雅娜，王開元，張 燊，劉 宇

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經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)及其在提升運(yùn)動表現(xiàn)中的應(yīng)用

卞秀玲，王雅娜，王開元，張 燊，劉 宇

上海體育學(xué)院 “運(yùn)動健身科技”教育部重點實驗室, 上海 200438

經(jīng)顱直流電刺激（transcranial Direct Current Stimulation, tDCS）是一種非侵入性的腦刺激方法，通過置于頭顱部位的電極產(chǎn)生直流電來調(diào)節(jié)刺激大腦皮層的興奮性。陽極產(chǎn)生興奮性作用，陰極產(chǎn)生抑制性作用。到目前為止，tDCS在臨床研究和應(yīng)用中已取得一定成果，證實其對慢性疼痛、神經(jīng)疾病和精神疾病有一定的療效。近年來，有關(guān)tDCS在運(yùn)動科學(xué)中的研究和應(yīng)用也逐漸受到關(guān)注。通過收集國內(nèi)外近20年的相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行系統(tǒng)歸納和總結(jié)，回顧了tDCS的起源、發(fā)展和作用機(jī)制等，重點探討與分析了其在運(yùn)動科學(xué)中的應(yīng)用，以期為運(yùn)動表現(xiàn)的改善提供新方法和新視角。研究表明，雖然目前有關(guān)tDCS對于提高運(yùn)動能力的結(jié)論和應(yīng)用尚有不同的觀點，但已有研究證實，tDCS可以改善人體的運(yùn)動表現(xiàn)，包括提高肌肉爆發(fā)力、延緩運(yùn)動疲勞、加速運(yùn)動技能的學(xué)習(xí)和獲得等。然而，tDCS其刺激參數(shù)和刺激位置的選擇，尤其是刺激時刻和體育訓(xùn)練方案的合理結(jié)合，仍是未來需要重點關(guān)注和研究的方向。

經(jīng)顱直流電刺激；非侵襲性腦刺激；爆發(fā)力；耐力；運(yùn)動學(xué)習(xí)；運(yùn)動表現(xiàn)

1 前言

經(jīng)顱電刺激（transcranial Electrical stimulation, tEs）是一種非侵入性的腦刺激技術(shù)，通過置于頭顱部位的電極將低強(qiáng)度的電流（通常為1～2 mA）作用于特定的腦區(qū)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)活動的目的。tEs根據(jù)不同的刺激電流形式可以分為：經(jīng)顱直流電刺激（transcranial Direct Current Stimulation, tDCS），經(jīng)顱交流電刺激（transcranial Alternating Current Stimulation, tACS）和經(jīng)顱隨機(jī)噪聲刺激 （transcranial Random Noise Stimulation, tRNS）。其中，經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）的效果不僅具有即時效應(yīng)，還具有后效應(yīng)[31,34]。tDCS刺激模式有3種：陽極刺激（anode tDCS, atDCS）、陰極刺激（cathode tDCS, ctDCS）和假刺激（sham tDCS, stDCS）。目前已知的tDCS方案除了會引起短時的電極片覆蓋區(qū)域的麻木感、輕微紅腫、瘙癢之外，尚無任何副作用或不可逆損傷的報告[8,11,39,44]。tDCS最開始用于幫助腦卒中患者的治療，后逐漸被證實對其他腦損傷的恢復(fù)、情緒調(diào)控、改善認(rèn)知能力等方面存在良好的效果[1]。

此外，tDCS還具有無創(chuàng)、高效、易操作、低價、易便攜等特點，并且可以通過刺激腦部來增強(qiáng)大腦與肌肉的連接，進(jìn)而提高運(yùn)動員在體育運(yùn)動中肌肉協(xié)調(diào)的效率，國外已經(jīng)有人將其應(yīng)用到競技體育中，因此也被稱為大腦訓(xùn)練或“神經(jīng)啟動（neuropriming）”技術(shù)[2]。2017年9月發(fā)表在上的一篇報道，運(yùn)動員T. J. Carrie在佩戴上由tDCS原理制成的Halo sport耳機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練后，原地縱跳提高了18 cm[21]。美國滑雪與滑雪板協(xié)會（USSA）于2016年便已開始嘗試將該技術(shù)用于冬奧會運(yùn)動員的訓(xùn)練中，以加速提高這些運(yùn)動員的專項技能[60]。劉宇團(tuán)隊也在2018年發(fā)表了一篇關(guān)于tDCS增強(qiáng)運(yùn)動表現(xiàn)的前沿動態(tài)。本文檢索了2003年至今有關(guān)經(jīng)顱直流電刺激在運(yùn)動科學(xué)中的研究文獻(xiàn)，在簡要回顧tDCS的起源與發(fā)展、作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，重點綜述其在人體運(yùn)動中的研究及應(yīng)用。

2 起源與發(fā)展簡史

用微弱的電刺激來治療疾病的手法由來已久，最早人們把電鰩魚放在頭上發(fā)現(xiàn)可以治療疼痛[12]，緊接著人們又使用電鯰魚來治療癲癇[13]和抑郁癥[12]。后來隨著該項技術(shù)的完善和發(fā)展，經(jīng)顱直流電刺激越來越多的被應(yīng)用到其他領(lǐng)域和疾病的治療當(dāng)中[15,40]。然而到了20世紀(jì)初期，由于公眾對電休克療法的反對以及精神類藥物的大量使用，電刺激的療法逐漸淡出了人們的視線。直到該世紀(jì)中后期，才開始有了關(guān)于tDCS的系統(tǒng)研究。此后該技術(shù)又被快速的應(yīng)用到各種神經(jīng)性疾病和精神性疾病的治療當(dāng)中去[28,37,43]。尤其是在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域中取得了一些顯著的成果，它被證實對認(rèn)知障礙、腦卒中后的肢體運(yùn)動康復(fù)、老年癡呆、帕金森以及纖維肌痛綜合征等疾病都有良好的治療作用。近幾年關(guān)于tDCS對人體運(yùn)動表現(xiàn)影響的研究也逐漸增多。Cogiamanian等在2007年第一次探討tDCS對運(yùn)動疲勞的影響研究中指出，經(jīng)過陽極tDCS刺激后，肘關(guān)節(jié)等長收縮運(yùn)動至疲勞的時間（Time To Exhaustion, TTE）有顯著性增加，且此過程伴隨著皮質(zhì)脊髓束興奮性的顯著增加[58]。對于TTE的改善現(xiàn)象該研究沒能提供一個準(zhǔn)確的解釋，但是作者指出，tDCS可以通過促進(jìn)脊髓的興奮性或通過控制初級運(yùn)動皮質(zhì)（Primary Motor Cortex, M1）區(qū)免于保護(hù)反饋的抑制，從而為tDCS對運(yùn)動表現(xiàn)影響的研究拉開了序幕。

3 經(jīng)顱直流電刺激的作用機(jī)制

雖然有關(guān)經(jīng)顱直流電刺激的確切神經(jīng)生理機(jī)制尚不清楚，但目前仍有幾大主流的觀點認(rèn)為，經(jīng)顱直流電刺激可通過改變皮層興奮性、增加突觸可塑性、改變局部腦血流、調(diào)節(jié)大腦網(wǎng)絡(luò)功能連接等途徑來調(diào)節(jié)大腦的功能。

3.1 改變大腦皮層興奮性

tDCS通過改變刺激腦區(qū)神經(jīng)元的靜息膜電位，從而達(dá)到調(diào)節(jié)大腦皮層興奮性的目的，陽極刺激導(dǎo)致神經(jīng)元膜電位去極化，陰極刺激使神經(jīng)元膜電位超極化[18,32,35]（圖1）。Priori、Nitsche和Paulus等的后續(xù)研究證明，微弱直流電可以有效地透過顱骨進(jìn)行傳導(dǎo)并在大腦皮層上誘發(fā)出極性相關(guān)的活性改變。研究指出，采用陽極tDCS刺激受試者M(jìn)1區(qū)，通過經(jīng)顱磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）技術(shù)記錄到的運(yùn)動誘發(fā)電位（Motor-Evoked Potentials, MEP）振幅顯著大于對照組[5]。Rizzo等的研究也證實陽極tDCS可短暫而顯著地增強(qiáng)大腦皮層的興奮性，陰極刺激則可減低大腦皮層的興奮性[42]，且不同的刺激極性（陰極、陽極）、刺激強(qiáng)度、刺激時間對大腦興奮性的影響不同[34]（圖2～4）。除此之外，一項來自磁共振成像的研究 （Magnetic Resonance Imaging, MRI）也證實了上述結(jié)論[4]。

圖1 tDCS作用原理圖

Figure1. Schematic Diagram of tDCS Mechanism

注：圖中顏色由藍(lán)到紅，顏色越靠近紅色，代表興奮性越高。

3.2 增加突觸可塑性

另有研究指出，tDCS的作用機(jī)制不僅與細(xì)胞膜的極化有關(guān)，可能也與突觸的可塑性有關(guān)。tDCS對神經(jīng)元靜息膜電位進(jìn)行的是閾下刺激，這就會誘導(dǎo)N-甲基天冬氨酸（N-Methyl-D-Aspartate, NMDA）受體的表達(dá)和γ-氨基丁酸的釋放，而NMDA參與突觸可塑性的形成，進(jìn)而產(chǎn)生長時程抑制或增強(qiáng)作用，這也是tDCS可以產(chǎn)生后效應(yīng)的原因[48]。此外來自生理學(xué)、藥理學(xué)和電物理學(xué)等的研究也證實，在tDCS刺激時皮質(zhì)脊髓的興奮性高低依賴膜極化的水平，而后效應(yīng)作用主要是皮質(zhì)內(nèi)突觸活動造成的[23,31,48]。

圖2 受試者右手拇指外展肌在刺激中的運(yùn)動誘發(fā)電位MEP示意圖

Figure 2. MEP Size during tDCS in the Right Abductor Digiti Minimi (ADM) Muscle

注：如圖所示，陽極起興奮作用，陰極起抑制作用，m-cf表示運(yùn)動區(qū)-對側(cè)眶上區(qū)。引自Nitsche MA, Paulus W(2001)[34]，圖3、圖4同。

圖3 受試者右手拇指外展肌在電刺激后5 min內(nèi)的運(yùn)動誘發(fā)電位MEP示意圖

Figure 3. MEP Size after tDCS in the Right Abductor Digiti Minimi (ADM) Muscle during 5 Minutes

3.3 改變局部腦血流

近年來，有多項研究報道tDCS可調(diào)節(jié)局部腦血流（regional Cerebral Blood Flow, rCBF）[22,53,57]。Lang等利用正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)（Positron Emission Computed Tomography, PET）來測定區(qū)域腦血流量，結(jié)果顯示，與假tDCS相比，陽極和陰極tDCS能夠引起大腦皮層及皮層下區(qū)域rCBF的廣泛增加或減少[26]。Stagg等研究發(fā)現(xiàn)，陽極tDCS可增加作用于前額葉背外側(cè)皮質(zhì)（Dorsolateral Prefrontal Cortex, DLP-FC）的腦血流灌注，而M1區(qū)的rCBF在陰極刺激下顯著減少，并與陰極刺激下MEP振幅的降低相關(guān)[49]。Mielke等的一項動物實驗也指出，陰極tDCS可導(dǎo)致長達(dá)1.5 h的可逆性血流降低，且rCBF降低的區(qū)域并不只限于刺激部位[30]。

圖4 受試者右手拇指外展肌在不同刺激強(qiáng)度和刺激時長后的運(yùn)動誘發(fā)電位MEP示意圖

Figure 4. MEP Size after tDCS in the Right Abductor Digiti Minimi (ADM) Muscle

注：刺激電流強(qiáng)度越大、時間越長，MEP值越高。

3.4 調(diào)節(jié)局部皮層和大腦網(wǎng)絡(luò)連接

大腦是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系，雖然運(yùn)動、認(rèn)知和記憶的產(chǎn)生，由大腦不同的解剖位置負(fù)責(zé)，但各個腦區(qū)之間又有著緊密的聯(lián)系[46]。以前對tDCS的研究多關(guān)注電極下的局部區(qū)域，隨著神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前越來越多的研究開始重視大腦皮質(zhì)內(nèi)及皮質(zhì)間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。腦電圖（Electroencephalogram, EEG）和功能性磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）的研究發(fā)現(xiàn)，陽極tDCS刺激M1區(qū)可顯著增加刺激半球內(nèi)的運(yùn)動前區(qū)、運(yùn)動區(qū)以及感覺運(yùn)動區(qū)的功能性連接，并誘導(dǎo)出了左右半球間的連接變化，進(jìn)一步印證了tDCS可誘發(fā)腦功能的連接作用[29,38]。然而隨著tDCS研究的深入，以后還可能出現(xiàn)新的機(jī)制和假說，但是具體哪些是主導(dǎo)機(jī)制，哪些是次要機(jī)制仍需進(jìn)一步的探索和發(fā)現(xiàn)。

4 經(jīng)顱直流電刺激在運(yùn)動表現(xiàn)中的研究和應(yīng)用

隨著神經(jīng)影像學(xué)的非侵入性設(shè)備的發(fā)展，人們對于大腦在運(yùn)動表現(xiàn)中的作用有了進(jìn)一步的認(rèn)識，因此，腦神經(jīng)刺激技術(shù)對運(yùn)動表現(xiàn)的調(diào)控作用也開始受到關(guān)注。雖然關(guān)于tDCS對運(yùn)動能力影響的研究是近年來才開始的，但已有多項結(jié)果指出，使用tDCS可以改善人體的運(yùn)動表現(xiàn)（表1）。

4.1 提高肌肉表現(xiàn)

肌肉力量是身體素質(zhì)的組成部分，是影響人體運(yùn)動表現(xiàn)的重要因素。Krishnan等的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，陽極tDCS會導(dǎo)致肱二頭肌和肱三頭肌最大收縮期間峰值力矩和EMG振幅的增加，但主動肌和拮抗肌的協(xié)同活動沒有改變，作者指出這種肌肉的激活最可能的解釋是運(yùn)動單位的募集增加[25]。Vargas等在對青少年女子足球運(yùn)動員的股四頭肌進(jìn)行tDCS刺激后研究，結(jié)果顯示，相比基線水平，在經(jīng)過陽極tDCS干預(yù)后60 min，可以觀察到膝關(guān)節(jié)伸肌最大自主等長收縮（Maximal Voluntary Isometric Contractions, MVIC）能力有顯著性的增加。除此之外，對于優(yōu)勢側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌的最大等長收縮能力，陽極和假tDCS組間在刺激過程中、刺激后30 min和60 min存在顯著性的差異，研究指出，經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)可能對力量訓(xùn)練和康復(fù)是有用的[51]。另有類似的文獻(xiàn)表明，對8名女子手球運(yùn)動員肩部的內(nèi)旋和外旋肌在刺激后進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在tDCS刺激期間，刺激后30 min和60 min，外旋肌的MVIC收縮幅度顯著增加。對于內(nèi)旋肌，MVIC在tDCS刺激期間和60 min后顯著增加。研究結(jié)果表明，經(jīng)顱直流電刺激暫時增加了手球運(yùn)動員肩內(nèi)、外旋的最大等長收縮力量[19]。不僅如此，更有研究表明，單次陽極tDCS電刺激結(jié)合右側(cè)肢體的單側(cè)力量訓(xùn)練可增加對側(cè)未受訓(xùn)肢體的最大力量和交叉激活能力[20]。然而也有研究指出，對24名健康受試者進(jìn)行3周共7次的tDCS重復(fù)刺激，并結(jié)合肌肉訓(xùn)練，結(jié)果顯示，真刺激組與假刺激組之間是無顯著性差異的[27]。作者給出的解釋是，可能由于樣本量較少，受試者間個體差異較大，并且對于電刺激加訓(xùn)練的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制尚不清楚造成的，由此啟發(fā)我們未來有關(guān)經(jīng)顱直流電刺激的機(jī)制問題可以結(jié)合其他神經(jīng)影像技術(shù)來進(jìn)行解釋和分析。

表1 tDCS在健康受試者運(yùn)動表現(xiàn)中的研究

注：S1表示研究1；S2表示研究2；M1表示初級運(yùn)動皮層區(qū)；MVC表示最大隨意等長收縮；T3表示左中顳；Fp2表示右額極；Cz表示中央中線；TT表示計時賽；TTF表示任務(wù)失敗的時間。

4.2 延緩運(yùn)動疲勞

運(yùn)動疲勞是體育運(yùn)動表現(xiàn)的一個限制因素，延緩疲勞的發(fā)展無疑有利于提高運(yùn)動中的表現(xiàn)。研究表明，大腦皮層運(yùn)動區(qū)和前運(yùn)動區(qū)在腦疲勞中扮演著重要的角色[17]，因為源于運(yùn)動區(qū)和前運(yùn)動區(qū)的中樞運(yùn)動指令與自我感知疲勞強(qiáng)度（Ratings of Perceived Exertion, RPE）有關(guān)。初級運(yùn)動皮層M1區(qū)興奮性的降低被定義為脊髓上段疲勞，并與外圍機(jī)制一起參與肌肉疲勞[50]。在持續(xù)最大收縮運(yùn)動期間，脊髓運(yùn)動神經(jīng)元（Spinal motoneurons）的興奮性和肌纖維的收縮能力會降低[3]，為了維持運(yùn)動所需的力量，脊髓運(yùn)動神經(jīng)元的輸入必須增加，這種輸入很可能起源于皮質(zhì)脊髓通路。因此，提高M(jìn)1區(qū)的興奮性就可能增加其給皮質(zhì)脊髓通路的輸出量，進(jìn)而延緩疲勞的發(fā)生，最終表現(xiàn)在運(yùn)動耐力的提升上[36,52,55,58]。Cogiamanian等首次使用tDCS對運(yùn)動力竭表現(xiàn)的影響進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，經(jīng)過陽極tDCS刺激，肘關(guān)節(jié)的屈曲等長收縮運(yùn)動到達(dá)力竭的時間有顯著性的增加[58]。此外，有研究指出，tDCS對運(yùn)動疲勞的改善作用主要是對腦區(qū)層面的調(diào)節(jié)，而對外周肌肉系統(tǒng)的改善作用不大。然而也有研究指出，經(jīng)過tDCS的刺激后，受試者的耐力無顯著提高[10]，對于這種結(jié)果的不一致性，作者給出的解釋是，可能現(xiàn)有的刺激參數(shù)僅對耐力能力較低的個體有益。然而，基于目前的數(shù)據(jù)無法結(jié)論性地回答這個問題，需要進(jìn)一步的研究工作，以更全面地了解運(yùn)動疲勞的變化機(jī)制。

4.3 促進(jìn)運(yùn)動學(xué)習(xí)的獲得和適應(yīng)

運(yùn)動技能是人體運(yùn)動中有效地完成目標(biāo)動作的一種能力，而技能的學(xué)習(xí)則是一個改善速度與準(zhǔn)確性之間關(guān)系的過程[41]，也是大腦皮層建立興奮和抑制平衡的一個過程，它是在長期訓(xùn)練中逐步獲得的，通常通過減少運(yùn)動變化來實現(xiàn)[47]，對獲得良好的運(yùn)動表現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前tDCS已經(jīng)用于對運(yùn)動學(xué)習(xí)的效果和機(jī)制的研究[9,16,33,41]，尤其是對運(yùn)動技能學(xué)習(xí)的調(diào)節(jié)和學(xué)習(xí)過程的理解[45,56]。然而運(yùn)動學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜的過程，它涉及到多個腦區(qū)的相互合作，因此，在tDCS研究中刺激的腦區(qū)、運(yùn)動任務(wù)和電極放置位置都會有所不同。在tDCS的研究中評估運(yùn)動學(xué)習(xí)常用的任務(wù)是：1）連續(xù)的手指敲擊任務(wù)。屏幕上出現(xiàn)一系列按特定順序排列的元素，它代表特定的手指運(yùn)動，受試者要盡可能快速而準(zhǔn)確按下對應(yīng)的按鍵。2）順序視覺等距夾緊力任務(wù)。參與者通過拇指和食指擠壓等距力傳感器，來控制計算機(jī)屏幕上光標(biāo)的移動。目標(biāo)是在開始位置和有編號的目標(biāo)區(qū)域之間盡可能快速和準(zhǔn)確地移動光標(biāo)。3）系列反應(yīng)時任務(wù)。參與者通過按下相關(guān)按鍵來對屏幕上呈現(xiàn)的視覺提示作出反應(yīng)，視覺提示的位置以重復(fù)的順序或隨機(jī)的形式呈現(xiàn)[7]。

已有研究報道，放置在M1區(qū)的tDCS陽極刺激可以提高SRTT的表現(xiàn)，這表現(xiàn)在縮短反應(yīng)時（Reaction Times, RTs）[9,59]。然而，也有少數(shù)研究表明tDCS對降低RTs無效，特別是在訓(xùn)練過程中沒有使用tDCS刺激。還有研究顯示，tDCS與單脈沖TMS聯(lián)用時會降低tDCS的功效[6]。此外，Nitsche等在2003年的一項研究中指出，1 mA、15 min的陽極刺激M1區(qū)，能夠提高運(yùn)動技能的獲得和早期保留，但當(dāng)tDCS應(yīng)用于前運(yùn)動區(qū)（Premotor cortex, PM）時，不但沒有促進(jìn)技能的獲得和鞏固[33]，反而干擾學(xué)習(xí)順序的保留[24]。相反，當(dāng)PM-tDCS被應(yīng)用到讓受試者觀看訓(xùn)練之前執(zhí)行手按鍵的視頻時，與假刺激相比RTs減少，這表明，參與行動觀察的腦區(qū)興奮性的提高促進(jìn)了技能的獲得[54]。

此外，Reis等也在其研究中發(fā)現(xiàn)，與假刺激相比，陽極刺激增強(qiáng)了技能的獲得，并且，陽極刺激組對提高的運(yùn)動表現(xiàn)維持了3個月[41]。Ehsani等的研究發(fā)現(xiàn)，tDCS的陽極刺激減少了學(xué)習(xí)過程中錯誤出現(xiàn)的次數(shù)[59]。Galea等還發(fā)現(xiàn)，小腦的tDCS刺激能夠?qū)е聦σ曈X動作變換的更快適應(yīng)，移動誤差迅速減少[16]。另有研究總結(jié)了tDCS對M1區(qū)和小腦的刺激能夠促進(jìn)健康人運(yùn)動技能的獲得、運(yùn)動適應(yīng)以及運(yùn)動技能水平的維持[14]。

國內(nèi)外近20年的研究顯示，tDCS在多個領(lǐng)域已取得了不少有益的成果，也確立了一些基本刺激模式，但是迄今為止，由于研究數(shù)量有限、受試者個體差異和設(shè)計方法不同等原因，研究結(jié)果存在一定的不一致性。然而整體研究結(jié)果表明，tDCS對運(yùn)動能力的提升有著積極的影響，這預(yù)示著它對普通健康人和運(yùn)動員是一種提高運(yùn)動表現(xiàn)的潛在有益手段。但是，在實際的研究和應(yīng)用中仍存在著局限性，比如電刺激方式選擇性差，為了達(dá)到最佳的刺激效果，該如何優(yōu)化參數(shù)組合：適宜的刺激強(qiáng)度、刺激頻率、刺激時機(jī)和刺激持續(xù)時長等，這些因素都將極大的影響著刺激效果。此外，目前所用的電極片普遍偏大，雖然定位較好的高精度經(jīng)顱電刺激儀已經(jīng)問世，然而，跟TMS、EEG、MRI等其他神經(jīng)影像學(xué)儀器相比，其精準(zhǔn)定位的能力仍顯欠缺，這是今后一段時間亟待解決的問題之一。為了提高經(jīng)顱直流電刺激研究的可重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)化，未來可以結(jié)合經(jīng)顱磁刺激技術(shù)、磁共振成像技術(shù)等認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的手段，這樣有利于更全面和深層次的來探討神經(jīng)機(jī)制的問題。因此，雖然tDCS在各個領(lǐng)域取得了不少有益的成果，但是關(guān)于tDCS的研究仍需要大量和長期的努力。此外，有人稱tDCS為“大腦興奮劑”，對今后將其運(yùn)用到職業(yè)運(yùn)動員的訓(xùn)練和比賽中的倫理問題提出了質(zhì)疑。

5 結(jié)論與展望

經(jīng)顱直流電刺激在運(yùn)動科學(xué)領(lǐng)域經(jīng)歷了5～10年的飛躍式發(fā)展后，將其結(jié)合腦電圖（EEG）、腦磁圖（magnetoencephalography, MEG）、磁共振成像（MRI）、近紅外（near-infrared spectroscopy, NIRS）、經(jīng)顱磁刺激（TMS）等腦科學(xué)新手段，不僅推進(jìn)了神經(jīng)科學(xué)的研究發(fā)展，也讓人們對大腦的神經(jīng)控制有了新的認(rèn)識?，F(xiàn)已知經(jīng)顱直流電刺激可以通過改變大腦皮層興奮性、增加突觸可塑性、改變局部腦血流、調(diào)節(jié)局部大腦皮層和腦網(wǎng)絡(luò)功能連接等途徑來調(diào)節(jié)大腦的功能。另外，研究表明，經(jīng)顱直流電刺激可以改善人體的運(yùn)動表現(xiàn)，包括提高肌肉爆發(fā)力、延緩運(yùn)動疲勞、加速運(yùn)動技能的學(xué)習(xí)和獲得等，且這種技術(shù)不僅對普通人群有益處，對于不同項目和年齡的運(yùn)動員也是有效的。如果將經(jīng)顱直流電刺激和體育訓(xùn)練相結(jié)合，可能會以超過其總和的方式提高運(yùn)動員的運(yùn)動表現(xiàn)能力，這預(yù)示著經(jīng)顱直流電刺激可以作為改善運(yùn)動員運(yùn)動能力的新手段。綜上，經(jīng)顱直流電刺激以其無創(chuàng)、高效、安全、易操作、低價、便攜等特點，未來結(jié)合其他神經(jīng)科學(xué)技術(shù)，將會給tDCS基礎(chǔ)研究的突破和應(yīng)用帶來新的曙光。

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Transcranial Direct Current Stimulation and Its Application in Sports Performance

BIAN Xiu-ling, WANG Ya-na, WANG Kai-yuan, ZHANG Shen, LIU Yu

Key Laboratory of Exercise and Health Sciences of Ministry of Education,Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

Transcranial Direct Current Stimulation is a noninvasive method of brain stimulation. Direct current is generated by the electrodes placed on the skull to regulate the excitability of the cerebral cortex. The anode tDCS produces an excitatory effect and the cathode tDCS produces an inhibitory effect. So far, tDCS has achieved many results in clinical research and application, confirming its good effect on chronic pain, neurological diseases and mental diseases. In recent years, more and more attention has been paid to the research and application of tDCS in sports science. This article collected and summarized nearly two decades of domestic and foreign literatures, briefly reviews the origin, development and mechanism of tDCS, focuses on its impact on sport performance in order to provide new methods and perspectives for ordinary people and athletes. Although there are different opinions on the conclusions and applications of tDCS for improving sport performance, many studies have been shown that it can improves muscle power, extend the time to exhaustion during exercise and promote motor skill’s learning and acquisition. However, how to choose the stimulation parameters and position, especially the scientific combination of the training program, still needs to be paid great attention in the future.

1000-677X(2018)05-0066-07

G804.2

A

2018-04-03；

2018-05-05

國家自然科學(xué)基金資助項目(31701041); 上?？莆皠?chuàng)新行動計劃”地方院校能力建設(shè)項目(重點支撐) (17080503200)

10.16469/j.css.201805007

卞秀玲,女,在讀博士研究生,主要研究方向為運(yùn)動生物力學(xué), E-mail:754683817@qq.com; 劉宇,男,教授,博士,博士研究生導(dǎo)師,主要研究方向為運(yùn)動生物力學(xué)、體育工程, E-mail:yuliu@sus.edu.cn.