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一、背景 在大脑的功能组织中，默认模式网络 (DMN) 代表了一个关键架构，主要包括的脑区有后扣带回皮质( posterior cingulate cortex，PCC)、楔前叶(precuneus)、内侧前额叶皮质(medial prefrontal cortex，MPFC)、顶下小叶（inferior parietal lobule，IPL）以及双侧颞叶皮质（bilateral temporal cortex）。该网络在静息状态时，存在较强的自发性活动，DMN 支持先进的人类心理功能（例如，意识、自我参照、社会推理、回忆过去和期待未来）。有研究表明，精神疾病与局灶性脑病理无关，而是与分布脑网络的广泛功能障碍有关，例如，阿尔茨海默病、精神分裂症和创伤后应激障碍。生理学上，静息状态 (RS) 同步 EEG-fMRI（脑电图和功能性 MRI）记录揭示了α（8 - 12 Hz）振荡和 DMN 活动之间存在正相关的关系。2022年1月，一篇发表在PNAS上的文章，题目为《Transcranial stimulation of alpha oscillations up-regulates the default mode network》，将经颅交流电刺激(tACS)、EEG、fMRI三种技术相结合，观察了α振荡对默认模式网络内部连接性的影响。 二、结果 1、tACS 功效验证（α-tACS 增加 α 功率和连接性） 总共有 41 名健康志愿者（24 名女性，20.8 ± 3.2 岁），参与者被随机分配到两组，一个active组（n=21）和一个sham组（n=20），两组分别进行20分钟的tACS真实刺激或虚假刺激，在刺激前后分别进行静息态EEG-fMRI同步记录。结果发现，最大和焦点电场位于枕顶叶皮层（图1A），且在经tACS 后，右侧枕顶叶皮层 α 能量增加（图1B），这些结果证实研究者的 tACS 准确地针对枕顶叶皮层。 接下来，研究者为了验证 α-tACS 的功效，观察到从刺激前到刺激后，Active组的右后 α功率和右后额（P→F）α连接性增加。具体表现为：①在 tACS 后，Active 组 (n= 17) 显示右后 α 功率较基线显著增加，而 Sham 组没有观察到变化（图C-E）。②使用格兰杰因果关系（GC）分析来检查这种 alpha 连通性的变化。发现 Active 组也表现出右半球 alpha P→F 连通性的增加，而 Sham 组再次不存在这种情况（图F、G）。因此，功率和连接性的增加都受限于 alpha 频率，突出了 tACS 对 alpha 振荡的特定影响。
图1 tACS 的位置、有效性 A：使用 4 × 1 蒙太奇在中线枕顶部位应用 HD tACS（4 个周围 + 1 个中央电极形成一个闭合电路） B：Active组中 EEG α 功率的源级分析显示右侧枕顶叶皮层的最大 α 功率增加 D、E：相比于sham组，tACS组被试在接受刺激之后右侧后部脑区alpha能量提高 G：相比于sham组，tACS组被试在接受刺激之后右侧后部到额部（P→F）alpha连接性的提升 2、α-tACS 增加了基于BOLD信号的DMN 连接性 然后，研究者进行了基于 DMN 内部的功能连通性分析，结果发现，Active 组在 tACS 后显示连接性增加，且仅局限于DMN内部以及tACS靶点位置（图2A-C）。 3、α-tACS 增加了 DMN alpha频率连接 接下来，研究者验证了tACS 对DMN内部alpha频段的连接性。结果显示，Active 组的连接性增加（从PCC到MPFC的格兰杰因果关系），全脑图表明从 PCC 到 MPFC 的alpha连接增加。
A-C：Active 组在 tACS 后显示 vPCC-mPFC 和 vPCC-rANG 连接性增加 D-F：alpha-TACS增强了alpha频段的DMN内部连接性 4、alpha连接性的增强在alpha-tACS干预和DMN功能连接增强之间起到了中介作用。
图3 Alpha P→F 连接通过 α-tACS 增加介导的 DMN 连接增强 A：BOLD vPCC-mPFC 连通性的变化与右半球 P→F α 频率连通性/GC 之间存在正相关关系 B：中介模型展示了 tACS 组通过增加右半球 P→F α 频率GC对 DMN 连接性增加的间接（即中介）影响 5、α-tACS 增加了 tACS 靶点和DMN 之间的连接 结果显示，tACS增强了从靶点到DMN节点（mPFC、vPCC）的功能连接（图4A）。以tACS靶点为种子点的全脑功能连接表明（图4B），tACS靶点到DMN节点功能连接的增强只存在于Active tACS组。
图4 tACS 靶点和 DMN 之间的连接性增加 A：表明tACS增加了tACS 靶点和中线 DMN 集线器（tACS-mPFC 和 tACS-vPCC）之间的连接 B：tACS靶点基于种子点的全脑连接图进一步表明仅活动组的 tACS 与中线 DMN 集线器的连接增加 三、结论 本研究通过一系列的试验研究发现利用alpha频率的tACS可以增强大脑既定区域的alpha活动，并且以此为中介进一步增强DMN内部的功能连接作用，这表明alpha振荡能够调控DMN。因此，利用alpha振荡的神经刺激干预或许可以成为治疗由DMN功能紊乱引起的精神疾病的潜在手段。 文献来源：Clancy, Kevin J., et al. "Transcranial stimulation of alpha oscillations up-regulates the default mode network." Proceedings of the National Academy of Sciences 119.1 (2022). |
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