经皮直流电刺激（tDCS）外周神经调控增强大鼠被动回避学习：机制探索与临床意义

本研究通过创新性分离经颅（transcranial）与经皮（transcutaneous）刺激模式，首次证实2 mA直流电外周神经刺激可显著增强大鼠被动回避学习（PAT），为tDCS作用机制提供了颠覆性认知，提示外周神经激活可能是tDCS改善学习记忆的关键通路。

　　

引言

经颅直流电刺激（tDCS）作为一种非侵入性神经调控技术，被广泛应用于神经精神疾病的治疗研究。然而该领域长期存在效应量低和可重复性差的问题，可能源于个体差异性、样本量不足以及缺乏有效对照等因素。啮齿类动物模型在阐明tDCS机制方面具有重要作用，既往研究报道0.25 mA tDCS可通过颅骨电极刺激显著改善大鼠被动回避学习（PAT）能力，并伴随海马CA1区长时程增强（LTP）和脑源性神经营养因子（BDNF）表达上调。但值得注意的是，传统tDCS方案中头皮外周神经的激活可能不仅是副作用来源，更可能是其发挥神经调控作用的重要机制。特别是枕神经作为可能被刺激的颅神经，最近研究提示其可能介导tDCS的学习增强效应。由于动物模型中电场同时存在于大脑和皮肤，行为学效应的起源存在模糊性。本研究旨在通过创新性的电极配置分离经颅与经皮刺激成分，系统探究0.25 mA tDCS对PAT学习的影响是否可重复，并验证2 mA经皮直流电刺激的行为学效应。

材料与方法

研究采用5-8周龄雄性Sprague-Dawley大鼠，分两个独立实验进行。实验1设置四组刺激条件：常规tDCS组（阳极置于颅顶电极，阴极置于第三枕神经皮下电极）、经皮仅刺激组（双电极均为皮下电极）、经颅仅刺激组（双电极均为颅骨电极）和假刺激组。实验2仅比较2 mA经皮仅刺激组与假刺激组。所有动物在刺激结束后立即进行PAT训练（编码阶段），24小时后测试记忆保持（提取阶段）。行为学测试采用全自动被动回避系统，记录从明室进入暗室的潜伏期（截止值600秒）。统计学分析采用非参数检验，显著性水平设定为p<0.05。

结果

实验1：0.25 mA刺激效应验证

所有组别在测试阶段的步进潜伏期均显著高于训练阶段（p<0.01），表明学习成功发生。但组间比较显示：常规tDCS组（中位数差异80.10秒）、经皮仅刺激组（76.80秒）、经颅仅刺激组（57.10秒）与假刺激组（57.50秒）之间无统计学差异（Kruskal-Wallis检验p=0.9666）。这表明在0.25 mA强度下，无论是常规tDCS还是分离的经颅/经皮刺激，均未能重复出既往报道的PAT学习增强效应。

实验2：2 mA经皮刺激效应

2 mA经皮直流电刺激展现出显著行为学效应：虽然假刺激组和实验组在训练阶段潜伏期无差异（p=0.3291），但测试阶段经皮刺激组潜伏期（中位数差异282.1秒）显著高于假刺激组（61.4秒）（Mann-Whitney U检验p=0.0480）。这表明2 mA强度经皮直流电刺激可通过皮下电极显著增强大鼠的PAT记忆保持能力。

讨论

未能重复0.25 mA tDCS效应

本研究未能在最小限制性大鼠模型中复制出0.25 mA tDCS对PAT学习的促进作用。可能与以下因素有关：①外周电极位置差异（本研究采用第三枕神经处皮下电极，而非既往研究的胸前皮电极）；②阳极电极表面积差异（本研究使用13.86 mm²的M2螺母电极，电流密度18.04 A/m²）；③动物活动自由度差异（本研究采用可自由活动的旋臂系统，而非弹性绷带固定）。

2 mA经皮刺激的创新发现

研究首次证实2 mA直流电经皮刺激可增强PAT学习，提示外周神经直流电刺激本身具有调控学习记忆的潜能。阴极电极置于第三枕神经上方可能通过激活上升网状激活系统（ARAS），特别是蓝斑核（locus coeruleus）去甲肾上腺素能和多巴胺能投射至海马的途径，间接调节海马突触可塑性和蛋白表达。该发现具有重要转化价值：人类tDCS中普遍存在的感觉副作用（刺痛/瘙痒）实质反映了外周神经激活，这可能部分贡献了既往归因于经颅电场的行为学效应。

研究局限与展望

需注意皮下电极与人类表皮电极在神经纤维激活效率上的差异。尽管2 mA电流会产生较高电流密度，但组织液缓冲作用和神经纤维敏感性差异可能导致激活程度与人类tDCS不同。未来研究需采用拓扑麻醉等对照条件进一步分离人类tDCS中经颅与经皮成分的贡献，并通过神经电生理记录直接验证外周神经激活与认知改善的因果关系。

本研究为重新审视tDCS作用机制提供了关键实验证据，推动领域从单纯"经颅"范式向"经颅-经皮双重机制"认知转变，对优化神经调控技术具有重要理论指导意义。