现在依然是以电为基础的时代，没有电简单是不可想像的。其实，包括我们人类在内的动物本身都有丰富的电活动。同时，外来的电流也会影响动物和人类的身体活动，特别是脑内活动。用电流来调节大脑功能已经有几百年的历史了（Zaghi et al., 2010）。起初，研究者的主要兴趣是用电刺激引发可观察的效果，比如，引起肢体运动、感觉改变、降低病人的临床症状。当然，电刺激会造成神经元的激活。后来的电刺激技术，是用更好的评估方法来完善早期的尝试。

20世纪60年代，用动物做的经颅直流电刺激实验显示，相对较弱的电流通过大脑皮质区域，可以影响静息膜电位和连续的自发神经元活动。如果刺激的时间足够长，那么，就能造成更持久的后效（Purpura & McMurtry, 1965）。这些后效可以改变涉及学习和记忆过程的大脑功能的神经可塑性。

大约35年后，作为代理标记的经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS）研究显示，用直流电对人体进行非侵入式刺激，在刺激时（Priori et al., 1998）和刺激后（Nitsche & Paulus, 2000）会诱发运动皮层（M1）可重复的兴奋性提高或降低。

随着TMS代理标记数据的不断积累，研究者能够更精确地设计经颅直流电刺激（tDCS）实验。研究显示，由于tDCS具有引发神经可塑性的特点，它能改变人类的运动和认知功能，也能改变病人的临床症状（Nitsche & Paulus, 2011; Nitsche et al., 2008）。

参照tDCS的时间和强度，研究者又引入了经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）和经颅随机噪音刺激（transcranial random noise stimulation, tRNS），在特定的频率，tACS和tRNS能够诱发与tDCS相当的可塑性结果（Terney et al., 2008）。不过，由于是交流电，tACS和tRNS可能无法随着时间的推移而积累膜电位的影响，而是调节振荡的神经回路或神经膜。

直流电刺激的主要机制，是神经元静息膜电位的变化。根据相对于神经元的电流方向，直流电刺激在阈下水平使皮层神经元去极化或超极化，从而调节自发放电的频率（Creutzfeldt, Fromm, & Kapp, 1962）。

早期研究表明，如果达到一个临界时间，直流电刺激能在刺激结束后使大脑皮层的活动性产生持续几小时的后效（Bindman, Lippold, & Redfearn, 1964）。对于阳极刺激，这些后效具有蛋白质合成依存性，并伴随着细胞内钙的积累和环磷酸腺苷（cyclic Adenosine monophosphate）水平的提高（Gartside, 1968）。

20世纪60年代，对人类已经使用了经颅直流电刺激，研究者希望能够调节认知、情感，以及精神病患者的临床症状，不过，有关结果并不一致。近些年来，研究者更为系统地探索了经颅直流电刺激的生理效应。大多数生理学研究是刺激M1。与动物实验的结果一致，总体而言，阳极tDCS提高大脑皮层的兴奋性，阴极刺激降低大脑皮层的兴奋性。持续几秒钟的短刺激，只在刺激时产生这些效应，持续更长时间的tDCS（大约10-15分钟）引起的兴奋性改变可稳定1小时或更长时间，电流的方向决定着产生的效应类型和后效，即兴奋或抑制（Nitsche & Paulus, 2000）。

静息膜电位的调节也间接地得到了验证，即当tDCS结合钠离子通道阻断剂时，兴奋性阳极效应就会被消除（Nitsche et al., 2003）。对于刺激的后效，阳极tDCS会降低皮层内抑制，这促进皮层的易化，而阴极tDCS的效应则相反(Nitsche et al., 2005）。

tDCS也可以改变电极下皮层的振荡活动。视觉皮层在阳极tDCS后，β和γ振荡活动会增强，而阴极tDCS则诱发相反的效应（Antal et al., 2004）。追踪tDCS引发的功能性联结改变的研究，与tDCS诱发的皮层网络联结性改变是一致的。并且，tDCS诱发的功能联结改变显得并不限于皮层网络，也影响皮层-皮层下联结（Polania, Paulus, & Nitsche, 2011）。

总之，tDCS对刺激的皮层区域能够诱发神经可塑的兴奋性改变，能够改变振荡活动，这些活动改变既有脑区水平的，也有脑区之间水平的，即，tDCS能够影响远距离脑区之间的功能联结。这些事实都显示，经颅电刺激具有广泛的研究和应用前景。

参考文献

Antal, A., Kincses, T. Z., Nitsche, M. A., Bartfai, O., & Paulus, W. (2004). Excitability changes induced in the human primary visual cortex by transcranial direct current stimulation: Direct electrophysiological evidence. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 45, 702-707.

Bindman, L. J., Lippold, O. C., & Redfearn, J. W. (1964). The action of brief polarizing currents on the cerebral cortex of the rat (1) during current flow and (2) in the producition of long-lasting after-effects. The Journal of Physiology, 172, 369-382.

Creutzfeldt, O. D., Fromm, G. H., & Kapp, H. (1962). Influence of transcortical d-c current on cortical neuronal activity. Experimental Neurology, 5, 436-452.

Gartside, I. B. (1968). Mechanisms of sustained increases of firing rate of neurones in the rat cerebral cortex after polarization: Role of protein synthesis. Nature, 220, 383-384.

Nitsche, M. A., Cohen, L. G., Wassermann, E. M., Priori, A., Lang, N., et al. (2008). Transcranial direct current stimulation: State of the art 2008. Brain Stimulation, 1, 206-223.

Nitsche, M. A., Fricke, K., Henschke, U., Schlitterlau, A., Liebetanz, D., et al. (2003). Pharmacological modulation of cortical excitability shifts induced by transcranial direct current stimulation in humans. The Journal of Physiology, 553, 293-301.

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Zaghi, S., Acar, M., Hultgren, B., Boggio, P. S., & Fregni, F. (2010). Noninvasive brain stimulation with low-intensity electrical currents: Putative mechanisms of action for direct and alternating current stimulation. Neuroscientist, 16, 285-307.