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为探究精神旋转（MR）训练结合高清经颅直流电刺激（HD-tDCS）的长期效果及神经生理机制，天津大学研究人员开展相关研究。结果显示，训练可提升准确率、加快反应时间，增强任务诱发的脑电图（EEG）反应，且效果可持续 90 天。该研究为认知增强提供了新依据。
在奇妙的大脑世界里，空间认知能力就像一把神奇的钥匙，打开了数学、化学等学科知识的大门，还在人类航天活动中发挥着关键作用。精神旋转（Mental Rotation，MR）作为空间认知的重要组成部分，如同大脑中的 “空间魔法师”，能在脑海里对物体进行二维或三维的旋转操作。以往研究发现，通过各种方式，比如玩积木、使用电脑认知训练任务，都能提升 MR 能力。同时，经颅直流电刺激（Transcranial Direct Current Stimulation，tDCS）这种新型大脑刺激技术，也展现出增强复杂认知功能的潜力。
然而，目前仍存在不少谜团。一方面，虽然 tDCS 和认知训练分别都有一些研究成果，但二者结合训练的长期效果到底如何，训练结束后能力提升能持续多久，这些都不清楚。另一方面，训练带来的神经生理变化在长期内是怎样的，也缺乏足够的研究。就像在黑暗中摸索，我们急需一盏明灯照亮前行的道路，于是这项研究应运而生。
天津大学的研究人员勇敢地承担起探索这些未知的重任。他们开展了一项针对 34 名健康参与者的研究，让参与者进行为期 10 天的 MR 训练，训练期间同时施加 HD-tDCS 刺激。在训练前、训练结束后 1 天、20 天和 90 天，分别进行 MR 测试和脑电图（EEG）记录。研究人员就像严谨的侦探，仔细分析行为表现和神经生理反应，还探究了性别和个体能力差异对训练结果的影响。
研究结果令人惊喜。首先，训练显著提升了空间认知能力。参与者在训练后，反应准确率大幅提高，反应时间明显缩短，而且这些提升效果至少能持续 90 天。其次，行为表现的变化很有意思。在训练结束后的 20 天内，认知能力还在持续提升，尤其是在简单任务中表现更明显。最后，从神经生理角度来看，训练增强了 P300 反应。P300 是事件相关电位（Event-Related Potential，ERP）的一个重要成分，常被当作认知过程的标记。训练后 P300 的全局场功率（Global Field Power，GFP）显著增加，其地形图分布也发生了变化，这表明训练改变了神经处理的方式。
为了开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。在实验设计上，采用单盲随机分组，将参与者分为主动刺激组和假刺激组。实验任务采用经典的 Shepard 和 Metzler 范式，让参与者判断屏幕上二维图像中两个三维物体的关系。刺激方面，使用 HD-tDCS，精准刺激与空间认知密切相关的顶叶。同时，利用 EEG 采集大脑电活动数据，并通过一系列数据处理和统计分析方法，挖掘数据背后的信息。
下面详细看看研究结果：
- HD-tDCS 联合训练的效果：通过对反应准确率（ACC）、反应时间（RT）和 P300 ERP 的 GFP 进行分析，发现时间因素对这些指标有显著影响，而 HD-tDCS 的分组（主动组和假刺激组）没有显著影响。进一步分析发现，训练后参与者的 ACC 提高，RT 缩短，P300 GFP 增加，且这种变化在不同难度任务中的长期效应有所不同。在 75° 任务中，行为表现先升后降；在 150° 任务中，行为表现随时间下降，但总体来看，训练效果在 90 天内都能观察到。
- 性别对训练效果的影响：将参与者按性别分组分析，发现性别本身对训练效果没有显著影响，但训练后不同性别在不同难度任务中的长期效应存在差异。在简单任务（75°）中，女性组行为表现 20 天后开始下降，神经元激活同步性也是如此；男性组则持续上升到 20 天，神经元激活同步性持续上升到 90 天。在复杂任务（150°）中，女性组行为表现持续下降，男性组则维持 20 天后下降，且男性组神经元激活同步性持续上升到 90 天。
- 基线表现对训练效果的影响：根据训练前 75° 任务的表现将参与者分为低表现组和高表现组。结果显示，基线表现和时间对行为数据有显著影响，但二者没有交互作用。训练后，两组的 ACC 都提高，RT 都缩短。在 P300 GFP 方面，时间有显著影响，低表现组训练后 GFP 持续上升 20 天，高表现组训练后 20 天才显著上升，之后两组在 90 天均下降。
综合研究结论和讨论部分，这项研究意义重大。它首次明确了 MR 训练结合 HD-tDCS 的长期效果，为认知增强提供了直接证据。从神经生理机制角度，揭示了训练引起的大脑变化，如 P300 反应增强和地形图分布改变，为理解大脑可塑性提供了新视角。虽然 HD-tDCS 未显示出显著效果，但也为后续研究指明了方向，比如优化刺激和训练方案。此外，研究还发现个体差异对训练效果有一定影响，这有助于未来根据不同个体特点制定更个性化的认知训练方案，提升人们的空间认知能力，在教育、航天等领域具有广阔的应用前景。
