多脑经颅电刺激剂量依赖性增强协调功能：一项fNIRS超扫描研究

《Brain Research Bulletin》：Dose-Dependent Enhancement of Coordination through Multibrain Transcranial Stimulation: A fNIRS Hyperscanning Study

本研究针对协调行为的神经机制不明及经颅电刺激(tES)干预效果不清的问题，通过单次/多次多脑经颅电刺激(hyper-tES)结合功能性近红外光谱(fNIRS)超扫描技术，揭示了10次高剂量干预比单次更能促进协调行为，且离线经颅直流电刺激(hyper-tDCS)效果更优。研究发现神经效率提升是累积协调改善的重要机制，证实了改善的协调效益可迁移至复杂飞行操作等高生态效度场景，为多脑神经调控在复杂协调场景中的应用提供了关键证据。

　　

在人类社会的演进历程中，协调行为如同隐形的纽带，从狼群协作狩猎到现代军事任务执行，始终扮演着核心角色。然而，协调行为究竟如何从大脑活动中涌现？能否通过外部干预进行提升？这些谜题长久困扰着研究者。传统研究多停留在行为观察层面，对协调背后的神经机制——特别是脑间同步(IBS)和镜像神经元系统(MNS)激活——缺乏因果性证据。更关键的是，现有协调训练往往局限于简单的按键任务，其效果能否迁移到真实世界的复杂场景（如协同飞行）仍属未知。

为破解这些难题，空军军医大学军事医学心理学系的研究团队在《Brain Research Bulletin》发表了一项开创性研究。他们创新性地将多脑经颅电刺激(hyper-tES)与功能性近红外光谱(fNIRS)超扫描技术相结合，通过三个精心设计的实验，系统探索了神经调控促进协调行为的剂量效应与脑机制。

研究团队主要运用了以下关键技术：多脑同步经颅电刺激(hyper-tES)技术，包括经颅交流电刺激(tACS)和经颅直流电刺激(tDCS)，靶向右下额叶(IFG)脑区；功能性近红外光谱(fNIRS)超扫描技术，同步记录双人大脑活动；联合按键任务评估基础协调能力；自主开发的协同飞行游戏（已获国家软件著作权）评估复杂场景下的协调表现。实验样本来自272名健康男性志愿者，分为单次干预(实验1)、10次重复干预(实验2)和复杂任务迁移验证(实验3)三个队列。

3.1. 单次在线干预中hyper-tDCS比hyper-tACS更能有效增强协调功能

通过分析联合按键任务的表现，研究发现单次在线干预时，hyper-tDCS组在干预后阶段(block 6)的获胜次数显著高于假刺激组，而hyper-tACS组虽在干预阶段有效，但效果持续性较弱。反应时指标进一步证实，hyper-tDCS能更有效地缩小双人反应时间差，表明其在线干预模式下对协调行为的即时促进更具优势。

3.2. 单次干预对IBS和神经效率的增强与协调行为改善存在因果关联

fNIRS脑成像数据揭示了关键机制：hyper-tACS主要提升前额叶(PFC)的脑间同步(IBS)，且效应具有任务依赖性；而hyper-tDCS则显著降低右下额叶(IFG)的氧合血红蛋白(HbO)浓度，表明其通过提高MNS脑区的神经效率来促进协调。这一发现首次明确了不同刺激模式的作用通路差异——tACS偏重脑间同步，tDCS侧重单脑神经效率优化。

3.3. 高剂量hyper-tES干预诱导更强的协调效益

比较10次重复干预与单次干预的效果，发现重复hyper-tDCS组在干预结束一周后(T2)的协调行为改善显著优于单次干预。尤为重要的是，这种剂量依赖性效益仅在真实刺激组出现，假刺激组无此现象，证明效益增长确实源于神经调控的累积效应而非练习效应。

3.4. 多次hyper-tES通过提升神经效率而非IBS来增强协调行为

重复干预的脑机制分析显示，10次hyper-tDCS显著降低PFC的HbO浓度，且右IFG与PFC的激活呈现正相关，表明神经效率的提升从刺激靶区向相关脑区迁移。功能连接分析进一步发现，hyper-tACS组在干预后(T1)即出现右IFG与PFC间连接强度降低，提示其通过优化脑区协同效率发挥作用。这表明重复干预的效益更多源于神经网络的精细化重构，而非单纯的脑间同步增强。

3.5. 重复hyper-tES的累积效应可迁移至复杂协调任务

自主研发的协同飞行游戏验证表明，该工具具有良好的重测信度。经过10次干预后，hyper-tES组在游戏最高难度等级上的表现显著提升，而假刺激组无改善。这一结果强有力地证明，基于实验室神经调控获得的协调效益，确实能够迁移到高生态效度的复杂协调场景中。

研究结论与讨论部分深刻阐释了本研究的理论价值与应用前景。首先，团队通过因果干预实验证实了IBS和MNS神经效率是协调行为的关键神经基础，突破了以往相关研究难以确定因果关系的局限。其次，研究发现不同刺激模式(tACS vs. tDCS)和干预模式(在线vs.离线)各具优势：在线tACS更适合通过增强脑间同步来即时提升协调，而离线tDCS通过提高神经效率产生更持久的累积效益。这种剂量-效应关系的明确，为未来制定精准化协调训练方案提供了理论依据。

尤为重要的是，研究开发的协同飞行游戏不仅填补了高生态效度协调评估工具的空白，更通过迁移效应验证，展现了多脑神经调控技术在军事训练、航空协作等高风险领域的应用潜力。这种从基础机制到应用场景的完整证据链，为理解人类协调行为的产生与发展提供了全新视角，也为突破现有协调行为研究瓶颈提供了创新性方法学支撑。

尽管研究存在样本性别单一、刺激参数固定等局限，但其开创的多脑调控范式无疑为社会认知神经科学领域注入了新的活力。未来研究可进一步探索不同性别组合、刺激参数、长期效应等变量，推动这一技术向实战化应用迈进。这项研究不仅深化了我们对协调神经机制的理解，更开辟了一条通过多脑协同调控提升人类协作能力的新路径。