试验证明tDCS能有效缓解大脑疲劳

我们都有这样的经历，长时间做一件事，比如开长途、学习、工作，会感到头痛、头晕，并出现耳鸣、视力模糊，注意力下降等情况。这是典型的大脑疲劳症状。大脑疲劳也称脑疲劳(Mental Fatigue)，是指高强度或长时间持续脑力活动后，身体感到不适的状态。脑疲劳的产生会导致工作能力减弱、工作效率降低，长时间处于脑力疲劳状态会对精神状态及身心健康造成巨大损伤。

大脑疲劳的典型症状

1、日常活动：脑疲劳者在晨起时可能会出现赖床的情况，平日里活动度较低、四肢无力或下肢沉重，还会伴有头晕、头痛、头昏、耳鸣以及眼冒金星等不适感;

2、社会交往：脑疲劳群体参加社交活动的意愿普遍偏低，平时不愿与陌生人交往，说话声音细而短且有气无力;

3、注意力：脑疲劳群体多表现为注意力下降、反应迟钝、记忆力下降或减退、经常发呆，部分人还可能会出现精神倦怠的情况，过分依赖茶或咖啡等提神饮料;

4、心理：脑疲劳者通常烦躁易怒、心绪不宁、精神不振、思维紊乱或情绪易波动，容易出现考前、赛前综合症;

5、饮食：脑疲劳群体常感觉口苦无味，食欲相对较差。一方面厌恶油腻食物，另一方面却倾向于在饭菜中添加刺激性调料;

6、睡眠：脑疲劳的人平时眼睛疲劳、哈欠不断、打盹不止，在睡前则会胡思乱想，可能会伴有入睡困难或易醒、多梦等情况。

tDCS改善大脑疲劳的临床试验

近年来，tDCS在神经调控领域得到了广泛的应用，其安全、便捷、实用的特性也得到了充分验证。在此基础上，天津大学进行了一项旨在验证tDCS改善大脑疲劳的临床试验，并取得了理想的成果。

该试验原理是通过一系列的重复任务，造成被试大脑疲劳;然后通过tDCS进行干预(真伪对比测试)，并在干预前后测试大脑疲劳状态的变化情况。所有被试，要求在开始前24 小时内不饮用咖啡、茶、酒精类饮品，不服用任何药物，保证充足睡眠，以良好的精神状态参加第二天的试验。

tDCS干预方案，真刺激组的阳极选择安放在左侧前额叶区，阴极置于右眶上区，电流强度为1.2mA，刺激时间持续20分钟;伪刺激组选择刺激位置、强度与真刺激组一致，但刺激时间降为60秒。

试验流程图

整个试验持续90分钟，先进行5分钟的准备，然后开始40分钟的测试，此时大脑进入疲劳阶段;然后进行20分钟的tDCS干预(真伪刺激);接下来再进行30分钟的测试，并对试验数据进行比较。

通过真伪刺激组的对比发现，真刺激后，被试任务中被试反应时间有降低趋势，伪刺激组反应时间增加且趋势基本保持不变。

上述结果，从行为学的角度可以证明20分钟的tDCS干预，对脑力疲劳有一定的缓解作用。

在90分钟的试验中，前40分钟为单纯的任务时间，第40-60分钟施加tDCS干预，由于干预会造成脑电信号混乱，所以干预时的脑电信号不能加以分析。可供分析的脑电数据时间为实验时间的0-40分钟及65-90分钟，相应代表刺激前和刺激后。

如上图所示，为试验期间脑电平均功率变化情况。从初始5分钟至30分钟时间内，平均功率基本不变，30 分钟后逐渐上升并且持续上升至90分钟，真刺激组 0-30 分钟内平均功率则先有所下降，30 分钟后逐渐上升，在40 分钟开始持续20分钟的电刺激，刺激结束后的10分钟内，真刺激组的平均功率明显上升高于伪刺激组。

如上图所示，为试验期间脑电平均功率的变化情况。可以更加直观地看出，40分钟时相对于初始 5 分钟变化率为负值，表示相对降低，而经过电刺激后的5分钟平均功率变化率为正值，并且在后期70-90分钟仍然呈持续增加的趋势，而真刺激组增加显著高于伪刺激组。

alpha频段变化值脑地形图

如上图所示，在试验开始后10-30分钟，真刺激组alpha频段能量较初始状态能量在全脑逐渐降低，30 分钟之后alpha能量由枕区开始升高并逐渐至全脑alpha能量均增加。伪刺激组则相对于初始状态alpha能量一直呈现逐渐增加状态，且其能量增加程度远小于真刺激组。

时频分析的结果表明，施加于DLPLC的阳极经颅电刺激可增加alpha和theta频段能量。该结果证明阳极经颅电刺激激活了大脑皮层兴奋性，从而使警觉度升高，脑力疲劳状态短时间内得到缓解。

通过计算脑功能网络各节点间的平均路径长度，可以判断信息在脑网络中的传递效率。

如上图所示，是真伪刺激组刺激前后平均路径长度值，可见，经颅直流电刺激后的平均路径长度值明显小于刺激前(刺激前均值为43.62，刺激后均值32.66);而在伪刺激组中，刺激后的路径长度反而增加(刺激前均值为44.97，刺激后均值54.85)。

节点间平均路径长度在真刺激后降低，伪刺激后增加，刺激前两组间没有显著性差异但刺激后真伪刺激组有显著性差异，证明脑力疲劳后网络节点间的信息传递效率降低，经过经颅直流电刺激后这种降低得到缓解。

研究结论

试验表明，阳极经颅直流电刺激能够提高大脑皮层兴奋性，施加于DLPFC的阳极tDCS 短期内可以提升认知功能的行为学表现，并且对脑电信号中alpha频段和theta频段能量有增加效果。

本试验在行为学表现和生理信号指标结果分析得到了较为一致的结果，说明了tDCS对脑疲劳具有积极改善作用。

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参考资料

崔欢欢. 经颅直流电刺激对脑力疲劳调控作用的研究.