工作记忆任务中θ脉冲刺激DLPFC对姿势控制的干扰效应研究

本研究通过连续θ脉冲经颅磁刺激(cTBS)技术下调背外侧前额叶皮层(DLPFC)活性，探讨工作记忆与姿势控制的神经交互机制。发现认知任务难度增加和DLPFC抑制均会显著增大姿势摆动径向距离(RS)，表明认知-运动系统存在神经资源竞争。该研究为理解双任务干扰提供了神经生理学证据，对认知-运动障碍康复具有重要启示。

　　

人类姿势控制是一个复杂的生理过程，需要运动系统、认知系统和感觉系统的精密协调。尽管日常生活中我们经常需要同时执行认知任务和维持姿势（比如边走路边说话），但这两个系统如何相互作用却尚未被完全阐明。传统理论认为这种干扰源于注意力资源竞争，但越来越多的研究表明，可能存在着更深层次的神经机制冲突——当两个任务共享相同的神经回路时，就会产生性能下降。

近年来，科学家们开始从神经重映射理论的角度来理解这种干扰。该理论提出，随着人类行为的复杂化，原本专用于特定功能的神经回路进化后被多种行为共享。当需要同时执行共享相同神经资源的行为时，就会产生干扰。背外侧前额叶皮层(Dorsal Lateral Prefrontal Cortex, DLPFC)作为工作记忆的关键脑区，可能正是这种神经资源共享的典型代表。它既参与高级认知功能，如任务切换、抑制控制和工作记忆，又可能在与姿势控制相关的神经网络中发挥作用。

为了验证这一假设，研究人员设计了一项创新性的实验，探索在工作记忆任务中通过经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation, TMS)抑制DLPFC活动会对姿势控制产生怎样的影响。这项研究发表在《Experimental Brain Research》上，为理解认知-运动交互提供了新的神经生理学证据。

本研究采用了多模态技术方法，主要包含：1）使用连续θ脉冲刺激(cTBS)技术对28名健康年轻人进行左侧/右侧DLPFC及假刺激的随机化调控；2）通过力台记录受试者在执行改良n-back工作记忆任务时的姿势摆动（中心压力CoP数据）；3）采用径向摆动(RS)分析、高低频滤波和去趋势波动分析(DFA)等多维度指标量化姿势稳定性；4）结合线性混合效应(LME)模型进行统计分析。

Cognitive performance

通过线性混合效应模型分析发现，认知任务难度显著影响工作记忆表现：困难任务下的错误评分显著高于简单任务（p<0.001）。TMS刺激同样损害认知性能，其中左侧DLPFC刺激的影响更强（p<0.001），表明DLPFC在工作记忆中起关键作用，且存在左半球偏侧化效应。

Radial sway

研究发现认知负荷和TMS刺激均显著增加径向摆动(RS)。困难任务使RS增加1.563mm（p<0.001），简单任务增加0.385mm（p=0.009）。TMS刺激进一步放大这种效应，左侧DLPFC刺激使RS增加0.597mm（p<0.001），右侧增加0.433mm（p<0.001），表明认知任务和DLPFC抑制共同破坏姿势稳定性。

High-frequency radial sway

高频摆动（>0.3Hz）代表姿势的精细调节机制。结果显示，困难任务显著增加高频摆动（p<0.001），右侧DLPFC刺激的影响（0.414mm）大于左侧（0.253mm），表明认知负荷和DLPFC抑制均会干扰姿势的快速纠错能力。

Low-frequency radial sway

低频摆动（<0.3Hz）反映身体质心的慢速漂移。与高频成分不同，简单任务反而降低低频摆动（p<0.001），而困难任务和TMS刺激均显著增加低频摆动（p<0.01），表明不同认知负荷对姿势控制系统的影响具有频率特异性。

Detrended fluctuation analysis

DFA分析显示，认知任务显著降低缩放指数α值（p<0.001），表明姿势系统变得更加反持久（anti-persistent），即更频繁地进行小幅调整。但TMS对α值无显著影响，提示认知负荷主要通过改变姿势控制的动态适应性而非神经抑制途径发挥作用。

本研究通过精巧的实验设计证实了认知任务与姿势控制之间存在显著的神经干扰效应。工作记忆任务的执行不仅增加了姿势摆动幅度，而且通过TMS抑制DLPFC进一步放大了这种干扰，表明认知与运动系统共享神经资源。特别值得注意的是，左侧DLPFC抑制对认知表现的影响更大，而右侧DLPFC抑制对姿势稳定性的影响更显著，这提示了脑功能偏侧化在认知-运动交互中的重要作用。

从机制层面看，研究结果支持神经重映射理论：DLPFC作为工作记忆的核心脑区，可能同时参与姿势控制的某些方面（如注意力分配和感觉整合），当两个系统同时被激活时，就会产生资源竞争。这解释了为什么双任务条件下会出现性能下降，而不仅仅是传统的注意力资源分配问题。

这些发现对临床康复具有重要启示。例如，在帕金森病、脑卒中或老年跌倒预防中，认知-运动双任务训练已成为重要的康复手段。本研究从神经机制层面揭示了这种干扰的生理基础，为开发针对性的神经调控干预策略（如经颅磁刺激或经颅电刺激）提供了理论依据。未来研究可以进一步探索其他认知任务类型、不同人群（如老年人或神经疾病患者）以及更长时间的神经刺激方案，以深化我们对认知-运动交互的理解。