肖松林，周俊鴻，王寶峰，張希妮，殷可意，傅維杰，劉 宇

（1.上海體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)健身科技省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200438；2.哈佛醫(yī)學(xué)院，美國 麻州 02115；3.希伯來老年研究所，美國 麻州 02131）

近年來，經(jīng)顱直流電刺激（transcranial Direct Current Stimulation，tDCS）作為一種非侵入腦刺激技術(shù)，通過誘導(dǎo)放置在頭皮上的兩個(gè)或多個(gè)電極之間的低振幅電流來調(diào)節(jié)皮質(zhì)興奮性（Nitsche et al.，2000）。目前已初步引入體育科學(xué)領(lǐng)域以探究其如何提升人體運(yùn)動(dòng)能力（卞秀玲等，2018；王開元等，2018；殷可意等，2019），如已發(fā)現(xiàn)單組（single-session）tDCS刺激大腦運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)（M1區(qū)）可以提高股四頭肌等長(zhǎng)收縮力量（Vargas et al.，2018）、增強(qiáng)足趾夾緊力（toe pinch force）（Tanaka et al.，2009）；單組tDCS能夠顯著降低足趾指腹的觸覺閾值，提高足部觸覺功能（Yamamoto et al.，2020）。雖然上述研究證實(shí)了tDCS可以部分增強(qiáng)下肢肌肉力量以及足感覺功能，但Montene‐gro等（2015）發(fā)現(xiàn)，tDCS不能增加如膝關(guān)節(jié)屈肌和伸肌的等長(zhǎng)收縮力量等。究其原因，考慮是傳統(tǒng)tDCS通常采用35 cm2海綿電極進(jìn)行電流傳輸時(shí)會(huì)覆蓋較寬區(qū)域，使得部分電流分散而無法準(zhǔn)確刺激控制下肢的腦區(qū)（Datta et al.，2009）。而最新研發(fā)的高精度 tDCS（High-Definition tDCS，HD-tDCS）采用半徑約為1 cm圓形電極，使電流精準(zhǔn)聚焦目標(biāo)腦區(qū)，且刺激的腦功能區(qū)域更深，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)tDCS的局限（Reckow et al.，2018）。因此，未來的研究可考慮探究HD-tDCS對(duì)人體運(yùn)動(dòng)能力及成績(jī)提升的影響。

最新的研究范式將人體復(fù)雜的足部結(jié)構(gòu)考慮為足核心系統(tǒng)（foot core system），包括主動(dòng)子系統(tǒng)、被動(dòng)子系統(tǒng)以及神經(jīng)子系統(tǒng)（肖松林等，2020；McKeon et al.，2015），其中，由足部肌肉構(gòu)成的主動(dòng)子系統(tǒng)控制足部運(yùn)動(dòng)并提供原動(dòng)力，而感覺受體構(gòu)成的神經(jīng)子系統(tǒng)提供足踝姿勢(shì)相關(guān)的感覺信息（McKeon et al.，2015），二者對(duì)于維持站立平衡、控制身體姿勢(shì)至關(guān)重要（Lephart et al.，1997）。Lowrey等（2010）研究指出，足部感覺受損及肌力下降會(huì)使步行變異性增加、跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加；甚至?xí)T導(dǎo)慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)、足底筋膜等運(yùn)動(dòng)疾患（Cheung et al.，2016；Lee et al.，2019）。本團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)分析亦表明，足部功能增強(qiáng)雖主要通過增加足部肌肉力量，但也應(yīng)聯(lián)合足部感覺功能的提升（肖松林等，2020）。結(jié)合之前傳統(tǒng)tDCS通過調(diào)控大腦皮層興奮性能夠增強(qiáng)足部肌肉力量與感覺功能的研究發(fā)現(xiàn)，我們有理由推測(cè)HD-tDCS可以用來提高足部肌肉力量、足踝部運(yùn)動(dòng)感覺以及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，而目前這方面的研究國內(nèi)、外均鮮見。

據(jù)此，本研究目的：探究單組HD-tDCS能否提高足底肌肉力量以及增強(qiáng)足踝運(yùn)動(dòng)覺感知能力，并進(jìn)一步探究能否提高靜態(tài)平衡功能，以期為足部健康和功能增強(qiáng)提供新的思路，同時(shí)為預(yù)防足部損傷以及損傷后恢復(fù)提供新的視角。本研究假設(shè)：?jiǎn)谓MHD-tDCS真刺激能夠增強(qiáng)足趾屈曲力量、降低踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值，并進(jìn)一步提高靜態(tài)平衡能力。

1 方法

1.1 受試者

選取14名健康男性大學(xué)生作為受試者（表1），均自愿參加本研究。所有受試者近半年內(nèi)無下肢受傷史，身體狀況良好，且無皮膚過敏、體內(nèi)金屬植入物等經(jīng)顱直流電刺激禁忌癥。確認(rèn)受試者于實(shí)驗(yàn)前24 h內(nèi)未從事劇烈運(yùn)動(dòng)，且每次測(cè)試開始前4 h內(nèi)未食用含咖啡因等有興奮作用的飲料。受試者在測(cè)試之前了解tDCS相關(guān)基本情況，理解本實(shí)驗(yàn)意圖，清楚實(shí)驗(yàn)流程并簽署知情同意書。

表1 受試者基本情況Table 1 Basic Information of the Participants

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2.1 經(jīng)顱直流電刺激儀

德國neuroConn公司生產(chǎn)的DC-Stimulator儀器用于受試者HD-tDCS干預(yù)。

1.2.2 踝關(guān)節(jié)本體感覺測(cè)試儀

采用濟(jì)南桑尼生產(chǎn)的踝關(guān)節(jié)本體感覺測(cè)試儀采集踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、內(nèi)翻和外翻被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值。本實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)已經(jīng)驗(yàn)證該儀器的重測(cè)信度，組間相關(guān)系數(shù)ICC為0.737～0.935（Sun et al.，2015）。

1.2.3 跖趾關(guān)節(jié)屈肌力量測(cè)試儀

采用本團(tuán)隊(duì)自主產(chǎn)權(quán)的跖趾關(guān)節(jié)屈肌力量測(cè)試儀（發(fā)明專利號(hào)：CN103278278A，中國）。該儀器采用踏板傳遞跖趾關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，利用力量傳感器來測(cè)量跖趾關(guān)節(jié)屈曲力量數(shù)據(jù)（圖1）。本團(tuán)隊(duì)前期研究已對(duì)該儀器進(jìn)行重測(cè)信度的驗(yàn)證，組間相關(guān)系數(shù)ICC為0.874（Zhang et al.，2019）。

圖1 跖趾關(guān)節(jié)屈肌力量測(cè)試儀Figure 1.Metatarsophalangeal Joints Flexor Strength Tester

1.2.4 足趾屈曲力量測(cè)試儀

采用日本生產(chǎn)的足趾屈曲力量測(cè)試儀（型號(hào)：T.K.K.3361），測(cè)量范圍0～400 N（圖2）。該儀器重測(cè)信度良好，組間相關(guān)系數(shù)ICC為0.931～0.960（Kurihara et al.，2014）。

圖2 足趾屈曲力量測(cè)試儀（上）及測(cè)試示意圖（下）Figure 2.The Toe Grip Dynamometer（above）and the Test Schematic Diagram（below）

1.2.5 Super Balance平衡測(cè)試系統(tǒng)

采用奧美生產(chǎn)的靜態(tài)平衡測(cè)試系統(tǒng)（型號(hào)：Super Bal‐ance）測(cè)試靜態(tài)平衡，包括雙足睜眼站立、雙足閉眼站立、單足睜眼站立、單足閉眼站立4種狀態(tài)下的靜態(tài)平衡能力。

1.3 HD-tDCS干預(yù)方案

本實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)雙盲隨機(jī)對(duì)照研究，tDCS儀器由能夠熟練操作且未參與本研究的人員管理，受試者和研究人員均不知曉刺激類型。為了確保受試者的安全，HD-tDCS的使用及相關(guān)程序參考Villamar等（2013）的研究。首先，使用輸入電纜將4×1多通道刺激適配器連接到常規(guī)tDCS設(shè)備，然后將5個(gè)半徑約為1 cm的氯化銀燒結(jié)圓形電極連接到4×1適配器，中心電極定義為提供電刺激的陽極，放置于Cz；其余4個(gè)為接收電極，分別放置于C3、C4、Fz、Pz（圖3A、B）。放置位置基于國際10-20系統(tǒng)電極放置法，將鼻根至枕外粗隆的連線與左耳前點(diǎn)至右耳前點(diǎn)連線的交點(diǎn)定義為Cz，即陽極放置位置；將模式化的腦電電極帽戴好，然后將接受電極分別放置距離Cz約7.5 cm的左右、前后4個(gè)方向上的位置，即對(duì)應(yīng)電極帽的C3、C4、Fz、Pz。該電極放置模式可以刺激到控制下肢的M1區(qū)（初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層）、S1區(qū)（初級(jí)感覺皮層）（圖3C）（DaSilva et al.，2015）。刺激開始前，戴好電極固定帽，然后在電極表面以及腦部刺激位置涂上導(dǎo)電凝膠以降低刺激位置的阻抗并放置好電極。刺激電極由電池驅(qū)動(dòng)的電刺激器提供2 mA的電流，刺激時(shí)長(zhǎng)為20 min。真刺激條件開始時(shí)，操作人員在30 s內(nèi)將電流從0 mA增加到2 mA。在刺激結(jié)束時(shí)，電流在30 s的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)下降到0 mA。假刺激條件使用與真刺激相同的刺激時(shí)間、電流強(qiáng)度和電流加速過程，但在初始加速過程之后，電流僅釋放30 s，此時(shí)電流自動(dòng)降回零。整個(gè)刺激過程中，當(dāng)受試者感覺到刺激引起的任何不舒服感覺時(shí)，立即停止刺激。每次刺激結(jié)束后，受試者填寫一份簡(jiǎn)短的問卷以評(píng)估潛在的副作用，并要求他們推測(cè)在刺激中接受了真刺激或假刺激，從而評(píng)價(jià)盲效。

圖3 HD-tDCS電極放置位置以及電場(chǎng)分布Figure 3.Placement of HD-tDCS Electrodes and Distribution of Electric Field

1.4 測(cè)試流程

每名受試者需要進(jìn)行2次間隔1周的電刺激干預(yù)，一次真刺激，一次假刺激對(duì)照，電刺激干預(yù)在當(dāng)天測(cè)試的同一時(shí)間進(jìn)行。每次干預(yù)時(shí)間20 min，兩種干預(yù)類型按照隨機(jī)順序選擇。實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)人員記錄受試者的基本信息，并向受試者講解實(shí)驗(yàn)流程以及測(cè)試項(xiàng)目的注意事項(xiàng)并進(jìn)行5 min的熱身。之后指導(dǎo)受試者進(jìn)行踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺、足底屈肌力量、靜態(tài)平衡測(cè)試，不同的測(cè)試之間間歇5 min。全部測(cè)試分成兩輪進(jìn)行：先在刺激前進(jìn)行第1輪測(cè)試，然后在完成刺激后即刻進(jìn)行第2輪測(cè)試。

1.4.1 踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺測(cè)試

受試者坐于可調(diào)節(jié)的座椅上，髖、膝、踝關(guān)節(jié)呈90°屈曲，優(yōu)勢(shì)足裸露，腳底裹氣壓墊，去除一半下肢重力，放松貼于腳踏板底部，戴上遮光眼罩和降噪耳機(jī)，聽從實(shí)驗(yàn)人員指示，至少接受每個(gè)方向上3次熟悉性實(shí)驗(yàn)。然后要求受試者注意力集中，隨機(jī)啟動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)受試者足部跖屈、背屈、內(nèi)翻、外翻，當(dāng)受試者感覺到足部運(yùn)動(dòng)并確定這種運(yùn)動(dòng)的方向時(shí)按下停止按鈕，實(shí)驗(yàn)人員記錄角位移及運(yùn)動(dòng)方向，受試者足部抬離平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)人員復(fù)位儀器。每個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)隨機(jī)測(cè)試3次，測(cè)試間歇1 min（Sun et al.，2015）。

1.4.2 跖趾關(guān)節(jié)屈肌力量測(cè)試

根據(jù)本團(tuán)隊(duì)前期研究，采用跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試儀采集跖趾關(guān)節(jié)屈肌力量的數(shù)據(jù)（張燊等，2019）。受試者裸足、裸露小腿坐在測(cè)量?jī)x的座位上，調(diào)節(jié)座椅位置及高度，使得大腿與地面平行，膝關(guān)節(jié)呈90°屈曲，固定足跟、足踝，并固定膝關(guān)節(jié)（圖1）。隨后受試者保持軀干直立，雙手自然垂下，放松小腿，在接收到開始的指令后，要求受試者全力屈曲跖趾關(guān)節(jié)持續(xù)按壓踏板10 s，重復(fù)測(cè)量3次，測(cè)試間歇1 min。

1.4.3 足趾屈曲力量測(cè)試

受試者坐于可調(diào)節(jié)座椅上，髖、膝、踝關(guān)節(jié)呈90°屈曲，雙手放在胸前，受試者將腳放在測(cè)力計(jì)上并用止動(dòng)器固定，另一只腳放在測(cè)試儀器旁邊，然后用力屈曲足趾，持續(xù)屈曲至少3 s，并保持軀干正直（圖2）。分別進(jìn)行第一足趾、其余4趾以及全部足趾屈曲力量測(cè)試，重復(fù)測(cè)量3次，測(cè)試間歇 1 min（Kurihara et al.，2014；Yamauchi et al.，2015）。

1.4.4 靜態(tài)平衡測(cè)試

要求每名受試者先更換運(yùn)動(dòng)裝備（背心、短褲和襪子），然后指導(dǎo)受試者雙腳站于測(cè)試系統(tǒng)上，雙腳與肩同寬，雙手叉腰，目視前方，分別進(jìn)行雙足睜眼站立、雙足閉眼站立、單足（優(yōu)勢(shì)側(cè)）睜眼站立、單足（優(yōu)勢(shì)側(cè)）閉眼站立，雙足站立測(cè)試30 s，單足站立測(cè)試10 s，各采集3次有效數(shù)據(jù)。雙足站立時(shí)：雙足不離開測(cè)試平臺(tái)、雙手叉腰；單足站立時(shí)：抬起腿不能著地，雙手叉腰。測(cè)試間歇30 s（Akbari et al.，2015）。

1.5 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

足底力量相關(guān)指標(biāo)取最大值并用體重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：跖趾關(guān)節(jié)屈肌力量、第一足趾屈曲力量、其余4跖屈曲力量、全部足趾屈曲力量（N/kg）。

踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺指標(biāo)：踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、內(nèi)翻、外翻被動(dòng)覺閾值（°）。

靜態(tài)平衡指標(biāo)：重心左右、前后平均擺動(dòng)距離（mm）；重心左右、前后平均擺動(dòng)速度（mm/s）。

1.6 統(tǒng)計(jì)方法

所得的參數(shù)值均采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”（M±SD）表示。采用重復(fù)測(cè)量雙因素方差（Two-Way Repeated Mea‐sures ANOVA，SPSS 22.0）分析各自變量（刺激方案×刺激前后）對(duì)足部肌肉力量、踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值以及靜態(tài)平衡各指標(biāo)的影響，模型的自變量為干預(yù)方式（真刺激、假刺激）、時(shí)間（刺激前、刺激后）以及兩者之間的交互效應(yīng)。同時(shí)，組內(nèi)采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)以分析各指標(biāo)在刺激前后的差異，效應(yīng)量用Cohen'sd表示，＜0.19為弱效應(yīng)、0.20～0.49為低效應(yīng)、0.50～0.79為中效應(yīng)、＞0.8為高效應(yīng)。顯著性水平α設(shè)為0.05。

2 結(jié)果

2.1 刺激類型正確率

本研究14名受試者均完成2次干預(yù)，接受的電流強(qiáng)度均為2 mA。電刺激過程中，受試者狀態(tài)正常，且每次干預(yù)之后均無報(bào)道有電刺激引起的相關(guān)副作用和不良反應(yīng)。受試者推測(cè)出刺激類型的總體正確率為35.7%，具有良好的致盲效果。

2.2 足底屈肌力量

方差分析顯示，足底屈肌力量在刺激類型與刺激前后之間不存在交互效應(yīng)。組內(nèi)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，真刺激干預(yù)后，與刺激前相比，刺激后第一足趾屈曲力量顯著增高了11.0%（刺激前1.45±0.61 N/kg，刺激后1.61±0.69 N/kg，P=0.047，Cohen'sd=0.58）。其中，14名受試中有11名經(jīng)過真刺激干預(yù)即刻后，第一足趾關(guān)節(jié)屈曲力量變大（圖4A）。無論是真刺激干預(yù)，還是假刺激干預(yù)，與刺激前相比，刺激后跖趾關(guān)節(jié)屈肌力量、其余4趾屈曲力量以及全部足趾屈曲力量均無顯著性差異（圖4B～D）。

2.3 踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值

方差分析顯示，踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值在刺激類型與刺激前后之間不存在交互效應(yīng)。組內(nèi)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，真刺激干預(yù)后，與刺激前相比，刺激后踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值顯著降低了14.7%（刺激前2.73±1.35°，刺激后2.33±1.20°，P=0.002，Cohen'sd=1.01）。其中，14名受試中有13名經(jīng)過真刺激干預(yù)即刻后，對(duì)內(nèi)翻被動(dòng)運(yùn)動(dòng)感覺更敏感（圖5A）。兩種電刺激方案干預(yù)前、后，踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、外翻被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值均無顯著性差異（圖5B～D）。

2.4 靜態(tài)平衡

方差分析顯示，靜態(tài)平衡各參數(shù)在刺激類型與刺激前后之間不存在交互作用。組內(nèi)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，單足睜眼站立平衡測(cè)試時(shí)，假刺激干預(yù)后，與刺激前相比，重心前后平均擺動(dòng)速度顯著降低了12.8%（P=0.028，Cohen'sd=0.66）（圖6A）。單足閉眼站立平衡測(cè)試時(shí)，真刺激干預(yù)后，與刺激前相比，重心左右平均擺動(dòng)速度（P=0.029，Cohen'sd=0.65）、前后平均擺動(dòng)速度（P=0.004，Cohen'sd=0.94）分別降低了9.0%、11.1%（圖6B）；假刺激干預(yù)后，與刺激前相比，重心左右平均擺動(dòng)速度（P=0.013，Cohen'sd=0.77）、前后平均擺動(dòng)速度（P=0.003，Cohen'sd=0.97）分別降低了9.7%、18.2%（圖6C，表2）。兩種電刺激類型干預(yù)前、后，在雙足睜眼、雙足閉眼站立平衡測(cè)試條件下，重心在左右以及前后平均擺動(dòng)距離和平均擺動(dòng)速度均沒有顯著性差異（圖7）。

3 討論

3.1 足部肌肉力量

對(duì)運(yùn)動(dòng)員及運(yùn)動(dòng)愛好者來說，肌肉力量大小直接關(guān)系到運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、損傷預(yù)防以及損傷康復(fù)。目前，已有初步的證據(jù)證實(shí)了tDCS能提高肌肉力量。Tanaka等（2009）采用電流強(qiáng)度為2 mA的傳統(tǒng)tDCS刺激M1區(qū)10 min，發(fā)現(xiàn)刺激后即刻足趾夾緊力顯著增加，且在30 min后增強(qiáng)效果依舊存在。Vargas等（2018）采用類似干預(yù)方法對(duì)M1區(qū)刺激20 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與刺激前相比，刺激后即刻優(yōu)勢(shì)腿膝關(guān)節(jié)伸肌最大等長(zhǎng)收縮力量顯著增加5.2%，刺激后30 min增加6.3%，刺激后60 min增加9.4%，證實(shí)單組tDCS能夠提高肌肉力量并維持一定的時(shí)間，可作為一種有效的力量訓(xùn)練方法。本研究的發(fā)現(xiàn)與上述結(jié)果相似，通過對(duì)M1區(qū)進(jìn)行20 min 2 mA電流的HD-tDCS刺激，第一足趾屈曲力量顯著提高11.0%。提示，單組HD-tDCS可以作為改善足內(nèi)在肌發(fā)力能力的有效干預(yù)手段。其可能的機(jī)制是tDCS可以無創(chuàng)的調(diào)節(jié)M1區(qū)的神經(jīng)興奮性，從而影響到主動(dòng)肌群的激活（Krishnan et al.，2014）。這是由于肌纖維中的運(yùn)動(dòng)單位之間可以同步放電，即從生理上講兩個(gè)運(yùn)動(dòng)單位可以同時(shí)或接近同時(shí)被激活（Farina et al.，2002）。而陽極tDCS通過興奮M1區(qū)以及由此引起的從皮層到脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性的增強(qiáng)，從而增加運(yùn)動(dòng)單位同步放電的程度（Dutta et al.，2015；Roche et al.，2011）。即使是電流低聚焦（有限的電流流向特定的目標(biāo)區(qū)域）的傳統(tǒng)tDCS也可以通過激活運(yùn)動(dòng)單位、募集肌纖維來調(diào)節(jié)股四頭肌外側(cè)的肌肉活動(dòng)（Dutta et al.，2015；Jeffery et al.，2007）。相比于傳統(tǒng)的 tDCS，4×1多通道HD-tDCS干預(yù)后即刻，M1區(qū)顯示更高的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位，意味著神經(jīng)興奮性高，且相應(yīng)腦區(qū)興奮程度維持在基線水平以上長(zhǎng)達(dá)6 h，但對(duì)其他腦部區(qū)域影響較?。↘uo et al.，2012）。因此，本研究選用4×1HD-tDCS干預(yù)模式，使電流精準(zhǔn)聚焦于M1區(qū)，以募集較多肌纖維，激活較多運(yùn)動(dòng)單位，從而提高足內(nèi)在肌的力量。

圖4 HD-tDCS刺激對(duì)足底屈肌力量的影響Figure 4.Effects of HD-tDCS on Foot Flexor Strength

3.2 踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺

本研究發(fā)現(xiàn)，單組HD-tDCS真刺激能夠使踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值降低14.7%，意味著HD-tDCS能夠部分改善足踝的本體感覺功能。上述結(jié)果得到以往研究結(jié)果的支持。Zhou等（2018）采用2 mA強(qiáng)度的tDCS持續(xù)刺激健康老年人左側(cè)感覺皮層（S1區(qū)）20 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，刺激后被試直立時(shí)右腳和左腳腳底的振動(dòng)覺閾值顯著降低，推測(cè)tDCS可以增強(qiáng)老年人下肢軀體感覺功能。感覺的敏感性取決于大腦感覺皮層興奮的程度（Fregni et al.，2007），同時(shí)也與受試者外周、脊髓和皮質(zhì)的神經(jīng)通路完整性有關(guān)（Zhou et al.，2018）。肌腱等感受器提供的本體感覺輸入（如振動(dòng)覺、運(yùn)動(dòng)覺）通過脊神經(jīng)-脊髓-丘腦感覺傳輸通路，傳遞到S1區(qū)（Bosch-Bouju et al.，2013）。以往研究表明，可以通過增強(qiáng)S1區(qū)興奮性從而調(diào)節(jié)感覺傳輸通路來改善軀體感覺功能（Tegenthoff et al.，2005）。另外，最近有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，4周tDCS結(jié)合離心訓(xùn)練可以提高慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)受試者踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)感知能力（Bruce et al.，2020）。提示，未來不僅可以將tDCS考慮為促進(jìn)足部感覺功能的訓(xùn)練方法，也可以作為感覺功能較弱甚至是有損傷的人群的有效康復(fù)手段。

表2 HD-tDCS對(duì)靜態(tài)平衡的影響Table 2 Effects of HD-tDCS on Static Balance

圖5 HD-tDCS刺激對(duì)踝關(guān)節(jié)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值的影響Figure 5.Effects of HD-tDCS on the Threshold of Ankle Passive Kinesthesia

受試者跖屈、背屈時(shí)可以在較小的角度變化中準(zhǔn)確的感知到動(dòng)作變化，這代表受試者踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)覺較好，而tDCS的調(diào)控效應(yīng)可能在較低的閾值范圍內(nèi)受到限制，存在“天花板效應(yīng)”（Hendy et al.，2013）。Yamamoto等（2020）發(fā)現(xiàn)，tDCS能夠顯著降低第一足趾指腹中心觸覺閾值，而不能改善足部其他部分的觸覺閾值。提示，tDCS神經(jīng)調(diào)控作用可能與受試者感覺敏感性等因素相關(guān)。因此，踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值沒有觀察到顯著性改變。

圖6 HD-tDCS對(duì)不同體位下平均擺動(dòng)速度的影響Figure 6.Effects of HD-tDCS on Average Sway Velocity under Different Postures

3.3 靜態(tài)平衡

經(jīng)過HD-tDCS真刺激干預(yù)后，與刺激前相比，受試者單足閉眼站立時(shí)重心左右、前后平均擺動(dòng)速度分別減小9.0%、11.1%。人體平衡由大腦整合多方面信息進(jìn)行調(diào)控，大腦M1區(qū)包含在額葉皮質(zhì)基底神經(jīng)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中，被認(rèn)為與姿勢(shì)控制有關(guān)（Demain et al.，2014）。已有研究表明，陽極tDCS刺激M1區(qū)可以改善年輕人閉眼安靜站立時(shí)的姿勢(shì)穩(wěn)定性（Dutta et al.，2012），增強(qiáng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜姿勢(shì)的調(diào)整能力（Saruco et al.，2017）。然而，受試者雙足睜眼、閉眼站立平衡以及單足睜眼站立平衡經(jīng)過刺激后并沒有改善。一方面，考慮到相比于單足閉眼站立平衡測(cè)試，受試者雙足站立時(shí)更加穩(wěn)定，且視覺信息對(duì)受試者雙足站立平衡影響較小，不需要大腦皮層整合更多的信息來維持平衡；另一方面，受試者本身的雙足站立平衡能力較好，tDCS提升其效果也會(huì)存在一定“天花板效應(yīng)”。

到目前為止，針對(duì)tDCS改善平衡功能和姿勢(shì)控制的機(jī)制尚不清晰。已知的是，tDCS刺激大腦皮層過程中存在復(fù)雜的相互作用，其影響姿勢(shì)控制是多個(gè)方面的，包括傳入的感覺信息、感覺信號(hào)的整合以及最終的運(yùn)動(dòng)控制反應(yīng)，即tDCS通過興奮M1區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高動(dòng)作誘發(fā)電位，同時(shí)反饋與運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的知覺注意并向下一級(jí)神經(jīng)中樞傳輸，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的效應(yīng)（Craig et al.，2017）。

盡管本研究具有良好的盲效（35.7%），但仍然觀察到一定程度的安慰劑效應(yīng)，即與刺激前相比，假刺激干預(yù)后受試者單足閉眼站立時(shí)重心擺動(dòng)速度顯著下降。這可能是由于假刺激方案所提供的短暫刺激過程對(duì)腦區(qū)產(chǎn)生了一定的神經(jīng)生物學(xué)效應(yīng)（Fertonani et al.，2015）。一般認(rèn)為，假刺激僅短暫提供真刺激的相似感覺，就可以控制與真刺激本身無關(guān)的任何潛在影響，并不會(huì)產(chǎn)生與表現(xiàn)相關(guān)的效果（Fonteneau et al.，2019）。但以往研究也發(fā)現(xiàn)，與反應(yīng)、準(zhǔn)確性相關(guān)的腦電圖成分在假刺激方案中存在一定的生物效應(yīng)（Nikolin et al.，2018）。在目前的文獻(xiàn)中，假刺激方案產(chǎn)生相關(guān)的神經(jīng)生理學(xué)效應(yīng)仍未被充分解釋清楚。因此，未來的研究應(yīng)關(guān)注tDCS等非侵入電刺激技術(shù)假刺激方案的優(yōu)化，如主動(dòng)假刺激模式（active sham）等。

3.4 局限性

由于tDCS 效果存在個(gè)體差異，未來的研究可以考慮用經(jīng)顱磁刺激（TMS）、磁共振成像（MRI）確定受試者腦區(qū)精確位置，制定個(gè)性化的tDCS方案，以提高干預(yù)效果。此外，可進(jìn)一步完善假刺激方案，如通過控制電流走向，實(shí)現(xiàn)不經(jīng)過皮層，僅通過皮膚和顱骨，從而不影響神經(jīng)元活動(dòng)等。

圖7 HD-tDCS刺激對(duì)靜態(tài)平衡的影響Figure 7.Effects of HD-tDCS on Static Balance

4 結(jié)論

本研究證明，采用高精度經(jīng)顱直流電刺激（HD-tDCS）能夠即刻提高足趾屈曲力量、降低踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻被動(dòng)運(yùn)動(dòng)覺閾值，并改善單足閉眼站立平衡控制能力。提示，上述非侵入腦刺激是一種提升足部肌肉力量、足踝部感覺功能以及靜態(tài)平衡能力的有效干預(yù)，可將其作為足部功能增強(qiáng)的手段。