摘要：經(jīng)顱直流電刺激（ transcranial direct current stimulation，tDCS）作為一種“神經(jīng)啟動技術”，目前國內(nèi)外都有將tDCS應用于改善運動能力的研究。通過檢索、歸納最近20年來tDCS干預運動能力的相關研究文獻，梳理其干預運動能力的應用成果與研究進展，為提升競技運動員運動能力提供新視角、新手段。研究表明，雖然目前tDCS干預運動能力的效果結論尚不一致，但已有研究證實，tDCS可以增強肌肉力量、爆發(fā)力、反應速度等人體運動能力，表明tDCS可以作為提高人體運動能力的新手段。但目前缺乏專業(yè)運動員尤其高水平運動員為受試者的研究，鮮有將陽極tDCS與運動訓練相結合的研究來對比tDCS聯(lián)合運動訓練與單獨運動訓練對運動能力提升的效果，并且缺乏長期tDCS對運動能力影響的研究，長期tDCS的效果如何還需要深入研究，建議未來加深對這些方面的進一步探索。

關鍵詞：經(jīng)顱直流電刺激；運動能力；干預效果

經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）是一種非侵入性的調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元活動的技術，其通過放置于頭皮表面的電極輸出恒定、低強度電流（0～2 mA）刺激大腦局部皮質(zhì)區(qū)，從而調(diào)節(jié)大腦皮層特定區(qū)域的神經(jīng)興奮性。依據(jù)電極刺激極性的不同產(chǎn)生不同的效果，陽極電極刺激（anodal tDCS，a-tDCS）提高神經(jīng)興奮性，陰極電極刺激（cathodal tDCS，c-tDCS）則降低神經(jīng)興奮性。而tDCS對神經(jīng)興奮性調(diào)節(jié)的基本機制是改變受到刺激腦區(qū)神經(jīng)元的靜息膜電位，陽極刺激導致神經(jīng)元膜電位去極化，提高神經(jīng)興奮性；陰極刺激使神經(jīng)元膜電位超極化，降低神經(jīng)興奮性[1–3]。其次，tDCS能夠調(diào)節(jié)N-甲基天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）和γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid，GABA）等神經(jīng)遞質(zhì)受體的釋放與表達，改變突觸可塑性從而產(chǎn)生長時程增強（long term potentiation，LTP）作用和長時程抑制（long term drepression，LTD）作用[4]。此外，多項研究還發(fā)現(xiàn)tDCS可通過調(diào)節(jié)局部腦血流量（regional Cerebral Blood Flow， rCBF）來改變運動誘發(fā)電位的大?。∕otor-Evoked Potentials，MEP），從而調(diào)節(jié)大腦皮層的神經(jīng)活動[5–7]。最后，相關研究還發(fā)現(xiàn)tDCS可顯著增加刺激半球內(nèi)的不同運動功能區(qū)之間的相互連接，并促使左右半球間產(chǎn)生連接變化，表明tDCS具有誘發(fā)不同腦功能區(qū)之間的連接作用[8，9]。

tDCS的效果受到多種參數(shù)如刺激模式、刺激電流大小、刺激時間和刺激區(qū)域等的影響。刺激模式分為陽極刺激、陰極刺激和假刺激（sham tDCS， s-tDCS）。假刺激通常作為安慰劑進行參照，施加30 s后便停止刺激；刺激電流大小主要在0～2mA之間浮動，多為2 mA；刺激時間大多在20 min以內(nèi)，采用10 min與20 min為主；刺激區(qū)域主要是參與運動調(diào)節(jié)與控制的腦功能區(qū)，如初級運動皮質(zhì)（Primary Motor Cortex，M1）、島葉皮層（Insular Cortex，IC）、前額葉背外側皮質(zhì)（Dorsolateral Prefrontal Cortex，DLPFC）和輔助運動區(qū)（supplementary motor area，SMA）等，其中M1是與運動能力最有相關性的區(qū)域。tDCS技術由于其便攜、使用簡單、安全、耐受性良好和經(jīng)濟性的原因受到廣泛關注，目前國內(nèi)外都有將tDCS應用于改善運動能力的研究。本研究通過檢索、歸納最近20年來tDCS干預運動能力的相關研究，梳理其干預運動能力的研究進程，為提升競技運動員運動能力提供新視角、新手段。

1 tDCS對運動能力影響的研究進展

在國際競技體育競爭愈發(fā)激烈的態(tài)勢下，科技已經(jīng)成為塑造運動表現(xiàn)、挖掘個人潛力和探索人類極限的關鍵。tDCS作為一種以腦科學干預技術為依托的新科技，這些年在干預運動員和健康人群的肌肉力量、有氧耐力、速度等方面有著較為廣泛的運用。

1.1對力量的影響

力量是人體對抗阻力的能力，是其他身體運動能力如速度、耐力、靈敏等的基礎。人體姿勢的維持、自身肢體的移動和克服阻力對外做功都需要一定水平的力量。按照在運動中的表現(xiàn)形式力量可分為最大力量、爆發(fā)力、力量耐力。并且有研究證實肌肉力量與發(fā)力速率（rate of force development，RFD）、激活后增強效應（post-activation potentiation，PAP）、跳躍、沖刺、變向以及專項技能呈正相關[10]。

1.1.1對最大力量的影響

最大力量指肌肉做最大隨意收縮時所能產(chǎn)生的張力，通常用肌肉收縮時所能克服的最大阻力負荷來表示。最大力量是身體運動能力的基礎，也是力量舉、舉重、摔跤等力量類項目運動員的關鍵能力。有多項研究表明陽極tDCS刺激能提高最大力量水平。Tanaka等[11]使用陽極tDCS刺激10名健康成年受試者的右側初級運動皮質(zhì)（M1），研究其對受試者腳趾最大夾合力的影響，結果發(fā)現(xiàn)陽極tDCS增加了腳趾最大夾合力量，并且受試者腳趾夾合力量增加的效果能夠保持到tDCS刺激后30 min。Hazime等[12]使用陽極tDCS刺激8名專業(yè)手球運動員C3和C4皮層，研究其對運動員的肩內(nèi)外旋肌群力量的影響，結果發(fā)現(xiàn)運動員肩部外旋肌最大自主等長收縮（Maximal Voluntary Isometric Contractions，

MVIC）在陽極刺激過程中、刺激后30 min和60 min顯著增加，內(nèi)旋肌MVIC在刺激過程中、刺激后30 min顯著增加。Vargas等[13]的研究也發(fā)現(xiàn)，使用陽極tDCS對20名足球運動員的C3和C4皮層進行刺激干預后，運動員的膝關節(jié)伸肌MVIC在陽極tDCS期間、tDCS后30 min和tDCS后60 min都有顯著增加。以上研究表明，陽極tDCS不僅能夠增加肌肉最大力量，并且具有一定的延遲性效果，這說明tDCS結合力量訓練可能會產(chǎn)生更好的訓練效果，并且可能成為一種賽前的熱身方式，增強運動員的運動表現(xiàn)。此外Hendy等[14]的研究顯示，使用陽極tDCS對10名健康成年人的初級運動皮質(zhì)進行刺激結合單側的腕部力量訓練后，對側未受訓練的腕部最大力量顯著增加，產(chǎn)生了明顯的交叉激活效應。在此之后Frazer等[15]的研究也顯示了相同的效果，通過對13名成年人的右運動皮層進行陽極tDCS結合右臂肱二頭肌力量訓練后，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)訓練的左臂肱二頭肌力量出現(xiàn)顯著增加，證實了陽極tDCS對提升肌肉力量存在著交叉激活效應。表明陽極tDCS可能成為潛在的干預手段，用于運動損傷后的肌力康復訓練，加快恢復進程；也可用于改善運動員中存在的肢體兩側肌力不平衡現(xiàn)象，減少由于肌力不平衡導致的運動損傷的發(fā)生。

然而也有一些研究結果表明陽極tDCS刺激后不能夠增加最大力量水平。Maeda等[16]對24名健康成年人的初級運動皮質(zhì)進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，受試者膝關節(jié)的屈伸肌力量沒有顯著提高。Xiao等[17]的研究也發(fā)現(xiàn)，通過對14名健康成年人的初級運動皮層進行陽極tDCS后受試者的腳趾屈肌最大自主收縮力量沒有提高。作者認為結果不一致可能是由于樣本量較少，受試者之間的個體差異較大，以及實驗方案不相同等原因造成的。

1.1.2對爆發(fā)力的影響

爆發(fā)力指肌肉在短時間內(nèi)發(fā)揮力量的能力，通常用肌肉單位時間的做功量來表示。爆發(fā)力是速度類、投擲類、球類等項目運動員必備的能力，具體可表現(xiàn)為短跑運動員每一步的蹬、扒地動作，鉛球運動員的擲球動作，網(wǎng)球運動員的每次擊球動作等。Lu等[18]使用陽極tDCS對19名健康的成年人的M1進行刺激，研究其對膝關節(jié)伸屈肌的影響，發(fā)現(xiàn)受試者膝關節(jié)伸屈肌的力量發(fā)展率（rate of force development，RFD）有了顯著性增加，并且肌電圖分析顯示伸屈肌的均方根振幅和平均功率頻率有顯著性增加，表明陽極tDCS可能是通過增加運動單元的募集來增強膝關節(jié)屈伸肌的爆發(fā)力。Huang等[19]使用Halo Sport設備陽極tDCS刺激9名健康成年人的運動皮層，研究其對受試者使用自行車測力計進行沖刺表現(xiàn)的影響，結果發(fā)現(xiàn)受試者的平均功率輸出有了顯著增加，這表明陽極tDCS有提升短時間高強度運動表現(xiàn)的潛能，可能有利于提高如100 m與200 m短跑、50m游泳、500 m米速滑等項目的運動成績。Codella等[20]對17名健康成年人的運動皮層進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，受試者的縱跳高度有了顯著性增加；Lattari等[21]的研究也得出了相同的結果，對具有豐富力量訓練經(jīng)歷的10名健康成年男性運動皮層進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，受試者的反向跳躍（countermovement jump，CMJ）高度與肌肉峰值功率都有顯著性增加；另外一項受試者為10名跑酷運動訓練者的研究也有相同的發(fā)現(xiàn)[22]，使用陽極tDCS對受試者的M1進行刺激后，受試者的最大水平和垂直跳躍成績都有顯著提升；此外，還有一項針對籃球運動員的研究也得出了相同的結果[23]，研究者對籃球運動員的M1進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，運動員的CMJ表現(xiàn)有了顯著的提升。這些研究表明，陽極tDCS可以提高跳躍運動的表現(xiàn)，可能提高跳遠、跳高等運動的成績，在與跳躍能力直接相關或有較高跳躍能力要求的運動項目中具有較大的實際應用空間。并且可能不會受到使用人群基礎水平的影響，對普通健康人群和專業(yè)運動員的爆發(fā)力都能有顯著的提升，具有普適性的特點。然而有項研究卻沒有得出相同的結果，研究者對17名健康成年人的DLPFC進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，受試者的CMJ高度和肌肉峰值功率都沒有發(fā)生顯著性提高[24]。這可能是由于刺激腦區(qū)的不同、個體間生理與心理差異等因素綜合造成的。

1.1.3對力量耐力的影響

力量耐力指肌肉長時間收縮的能力，通常用肌肉克服某一固定負荷的最多次數(shù)（動力性運動）或最長時間（靜力性運動）來表示。力量耐力是很多耐力性項目如馬拉松、游泳等項目的重要能力，長時間維持一定強度肌肉力量也是很多運動項目的要求。Carlos等[25]研究了陽極tDCS對動力性運動力量耐力的影響，選取14名健康成年男性作為受試者，使用陽極tDCS對受試者的DLPFC進行刺激，發(fā)現(xiàn)受試者每組5次，組間休息1 min，重復至力竭的75%1RM的臥推總數(shù)量有了顯著增多；Vieira等[26]的研究也有相同的結果，研究者選取了11名中等阻力訓練水平的健康成年男性，使用陽極tDCS對受試者的DLPFC進行刺激后發(fā)現(xiàn)，受試者完成每組80%1RM的深蹲至力竭，組間休息1 min，總計3組的深蹲總次數(shù)有了顯著性增加。以上研究表明陽極tDCS對動力性運動力量耐力具有顯著的提升效果，并且其效果可能不會受到訓練部位的影響，對上下肢的力量耐力都能有較好提升效果。此外，還有一些學者研究了陽極tDCS對靜力性運動力量耐力的影響。Cogiamanian等[27]對24名健康成年人的M1進行陽極tDCS，研究其對肘關節(jié)屈肌次最大自主收縮（maximal voluntary contraction，MVC）耐力時間的影響，發(fā)現(xiàn)受試者肘關節(jié)屈肌35%MVC至力竭的時間顯著性增加；Abdelmoula等[28]的研究也顯示出了相同的結果，研究者對11名健康成年人的M1進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，受試者肘關節(jié)屈肌35% MVC至力竭的時間顯著性增加；另外一項受試者選取老年人的研究也發(fā)現(xiàn)，在對老年人的M1進行陽極tDCS后他們肘關節(jié)屈肌20% MVC至失敗的時間顯著性增加[29]。以上研究表明陽極tDCS對靜力性運動力量耐力也具有顯著的提升效果，并且對老年人的力量耐力同樣有明顯的提升效果，提示陽極tDCS的應用可能有助于提高老年人的日常生活能力以及預防跌倒的發(fā)生。但也有研究發(fā)現(xiàn)陽極tDCS不能夠提高力量耐力。Radel等的[30]研究結果顯示，22名健康成年人的M1在接受了陽極tDCS后他們肘關節(jié)屈肌35%MVC至失敗的時間并沒有顯著性增加；Flood等[31]的研究也表明12名健康成年人M1接受了陽極tDCS后他們肘關節(jié)屈肌35%MVC至失敗的時間沒有顯著性增加；Denis等[32]的研究也得出了相同的結果，20名健康成年人的DLPFC接受陽極tDCS后他們肘關節(jié)屈肌30%MVC至失敗的時間沒有顯著性增加。作者認為可能是因為實驗使用的是高精度tDCS，刺激腦區(qū)更加精準，而之前的研究使用的tDCS會導致其他皮質(zhì)區(qū)域的活動，這可能導致更長的耐力時間。

1.2對速度的影響

速度指人體進行快速運動的能力或最短時間完成某種運動的能力，按其在運動中的表現(xiàn)可以分為反應速度、動作速度和周期性運動中的位移速度三種形式。

1.2.1 對反應速度的影響

反應速度指人體對各種刺激產(chǎn)生反應的快慢，如短跑、游泳運動員從聽到發(fā)令到啟動的時間、拳擊運動員的閃躲快慢等，是影響比賽成績的重要因素。當前的研究主要通過不同類型的反應時任務評價陽極tDCS技術對反應速度的影響，包括簡單反應時任務（SRT）、停止信號反應時任務（SST）、選擇反應時任務（CRT）、Stroop測試以及 N-back任務。在針對簡單反應時任務作為測試方案的研究中，Carlsen 等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，10名健康成年人在接受作用于SMA的陽極tDCS后他們簡單反應時任務中的反應時有了顯著性下降；Molero-chamizo等[34]也得出了相同的結果，對60名健康成年人的M1進行陽極tDCS后，他們簡單反應時任務中的反應時顯著性減少。在使用停止信號反應時任務作為測試方案的研究中，Castro-Meneses等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，在對14名健康成年人的右額下回（IFG）進行陽極tDCS后他們停止信號反應任務中的反應時顯著性減少；Bender等[36]的研究也發(fā)現(xiàn)，18名健康成年人前輔助運動區(qū)（pre-SMA）接受陽極tDCS后他們停止信號反應時任務中的反應時顯著性減少。在使用選擇反應時任務作為測試方案的研究中，Li等[37]的研究結果顯示，18名健康成年人后頂葉皮層（PPC）接受陽極tDCS后，他們選擇反應時任務中的反應時顯著性減少；Drummond等[38]的研究也支持這個結果，12名健康成年人M1接受陽極tDCS后，他們選擇反應時任務中的反應時顯著性減少。在使用Stroop測試作為檢測方案的研究中，Loftus等[39]的研究結果顯示，28名健康成年人DLPFC接受陽極tDCS后，他們Stroop測試中的反應時顯著性縮短；Gan等[40]的研究也得出了相同的結果，22名健康成年人左側后頂葉皮層接受陽極tDCS后，他們Stroop測試中的反應時顯著性減少。在使用N-back任務作為測試方案的研究中，Sandrini等[41]的研究結果顯示，27名健康成年人雙側后頂葉皮層接受陽極tDCS后，他們N-back任務中的反應時顯著性減少；Rohner等[42]的研究也發(fā)現(xiàn)了相同的結果，30名健康成年人左側DLPFC接受陽極tDCS后，他們N-back任務中的反應時顯著性下降。以上研究結果表明，陽極tDCS可以提升普通健康人群反應速度，并且對普通人群反應速度的影響效果可能不會受到任務難度的制約。同時觀察到刺激多個腦區(qū)都能減少反應時間，表明反應速度可能受到多個腦區(qū)的調(diào)控。

另外，在針對運動人群的研究中，Huang等[19]對9名運動愛好者雙側運動皮層進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，受試者Stroop測試中的反應時顯著性減少；Liu等[43]對12名16歲賽艇運動員左側M1進行陽極tDCS后也發(fā)現(xiàn)，運動員們Stroop測試中的反應時顯著性下降。但一項針對足球運動員與手球運動員的研究顯示出了不同的結果[44]，25名運動員M1接受陽極tDCS后在簡單反應時任務測試中的反應時沒有顯著改善。這些研究說明陽極tDCS對反應速度的效果還可能受到個體反應水平的影響，存在“天花板效應”。

1.2.2 對動作速度的影響

動作速度指完成單個動作時間的長短，如排球運動員扣球時的揮臂速度、網(wǎng)球運動員擊球時的揮拍速度等。Sevilla-Sanchez等[45]研究了陽極tDCS對健康成年人打字速度的影響，結果發(fā)現(xiàn)實驗組20名受試者M1接受陽極tDCS后，其打字速度與假刺激組和對照組相比沒有顯著性增加；Mesquita等[46]研究了陽極tDCS對跆拳道運動員踢腿速度的影響，19名運動員M1接受陽極tDCS后其踢腿速度并沒有增加，反而假tDCS后的總踢腿次數(shù)高于陽極tDCS后的總踢腿次數(shù)，另外刺激1 h后的總踢腿次數(shù)高于刺激后即刻的總踢腿次數(shù)。以上有限的研究表明tDCS可能對動作速度沒有增強作用，反而可能會有抑制作用。但鑒于目前tDCS對動作速度影響的研究稀少，今后還需要更多的研究探索tDCS對動作速度方面的影響。

1.2.3對位移速度的影響

位移速度指周期性運動（如跑步和游泳等）中人體通過一定距離的時間，速度能力在這些運動項目占有重要的位置。然而研究tDCS對位移速度影響的文獻較少，Chen等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，13名籃球運動員M1接受陽極tDCS后其40×15 m重復沖刺總時間顯著性減少；但Alix-Fages等[47]的研究沒有得到相同的結果，25名健康成年人DLPFC接受陽極tDCS后，他們10×30 m重復沖刺總時間沒有顯著性減少，這位研究者的另一項研究也發(fā)現(xiàn)，32名健康成年人DLPFC接受陽極tDCS后，他們30 m沖刺成績沒有顯著性提高[48]。從實驗結果來看，陽極tDCS對位移速度影響效果不一，較難得出陽極tDCS是否能有效提升位移速度，現(xiàn)階段對tDCS位移速度方面研究較少，表明此方向具有較大的研究空間，未來需要加大對此方面的研究。

1.3對有氧耐力的影響

有氧耐力指人體長時間進行以有氧代謝（糖和脂肪等有氧氧化）供能為主的運動能力。有氧耐力是眾多運動項目的基礎能力，良好的有氧耐力有助于機體的快速恢復與疲勞消除，保證運動員的訓練狀態(tài)。

1.3.1 刺激運動皮層的影響

Vitor-Costa等[49]研究了11名運動愛好者M1接受陽極tDCS對80%峰值功率自行車騎行至力竭持續(xù)時間的影響，結果顯示雖然沒有減少疲勞感覺，但是騎行時間有顯著性增加；Angius等[50]的研究也發(fā)現(xiàn)，對12名健康成年人雙側運動皮層進行陽極tDCS，他們完成強度遞增騎行至失敗的時間顯著性延長，并且觀察到皮質(zhì)脊髓興奮性增加，表明騎行時間的延長可能與脊髓興奮性有關；此外，Park等[51]的研究也得出了相同的結果，10名訓練有素的健康成年人M1接受陽極tDCS后，80%最大攝氧量強度跑步至力竭的時間有了顯著性增加；最新的一項研究也得出了一致的結果，研究者對17名健康成年人的雙側運動皮層進行陽極tDCS后發(fā)現(xiàn)，受試者通過改良Bruce方案測試得到的最大攝氧量有了顯著性提高[20]。以上研究表明，運動皮層接受陽極tDCS后可以增強普通人群的有氧耐力。雖然Baldari等[52]的研究顯示，13名健康休閑耐力跑者M1接受陽極tDCS后其遞增坡度跑步至力竭的時間沒有顯著性變化，作者認為這可能是由于電極位置放置、個體心理差異等原因造成的。

1.3.2刺激其他腦區(qū)的影響

有學者研究了DLPFC接受陽極tDCS對有氧耐力的影響。Lattari等[53]的研究發(fā)現(xiàn)，11名健康受試者DLPFC接受陽極tDCS后其維持100%最大功率騎行的時間顯著性增加；Angius等[54]對12名健康受試者DLPFC進行陽極tDCS后也發(fā)現(xiàn)了相同的結果，受試者進行70%最大功率自行車騎行至力竭的持續(xù)時間有顯著性增加。兩項研究都表明DLPFC區(qū)域施加tDCS可以增強有氧耐力性能。但Holgado等[55]的研究沒有得出相同的結果，12名自行車運動員DLPFC接受陽極tDCS后其20 min自行車騎行的功率輸出沒有顯著性增加，作者認為DLPFC接受陽極tDCS不會影響訓練有素的自行車運動員的運動表現(xiàn)，tDCS對耐力性能的影響應該謹慎對待。因此對DLPFC施加tDCS 是否能提高有氧耐力性能還有待進一步的研究。另外，還有一項實驗研究了TC接受陽極tDCS對有氧耐力的影響[56]。研究者做了兩個實驗，實驗一中6名健康受試者左TC接受陽極tDCS后完成20 km自行車計時賽，結果顯示整個過程的輸出功率沒有顯著性變化。實驗二中8名健康受試者左TC接受陽極tDCS后完成75%最大功率騎行至力竭，結果顯示持續(xù)時間沒有顯著性增加。研究認為陽極tDCS不影響騎行表現(xiàn)和運動耐力。

2總結與展望

目前的研究結果顯示，陽極tDCS可以提升受試者的肌肉力量、爆發(fā)力、反應速度等人體運動能力，表明陽極tDCS可以作為提高人體運動能力的新手段。但大多數(shù)實驗的受試者都是普通人，缺乏專業(yè)運動員尤其高水平運動員為受試者的研究，因此陽極tDCS是否能提高運動員各種運動能力還需要更多的原創(chuàng)性研究來探索。此外，多數(shù)實驗直接研究陽極tDCS能否提升某種運動能力，鮮有將陽極tDCS與運動訓練相結合的研究來對比陽極tDCS聯(lián)合運動訓練與單獨運動訓練對運動能力提升的效果，未來需要加大這方面的研究力度。最后，現(xiàn)有的研究多為單次陽極tDCS對運動能力的即刻或1 h內(nèi)這樣的短時間效應，缺乏長期陽極tDCS對運動能力影響的研究，長期陽極tDCS的效果如何還需要深入研究?？傊枠OtDCS作為一種有潛力的增強運動員運動能力的新手段，未來在運動訓練領域具有較大的應用空間。

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