综述：经颅电刺激对健康成年人注意力功能的影响：一项元分析

《Biological Psychology》：Effects of transcranial electric stimulation on attentional functions in healthy adults: A meta-analysis

　　

Toru Takahashi|Ikko Kimura|Shirin Vafaei|Mitsuaki Takemi|Jun-ichiro Kawahara|Takufumi Yanagisawa

NTT通信科学实验室，日本神奈川县厚木市森里野分3-1，邮编243-0198

摘要

非侵入性脑刺激技术，如经颅电刺激，越来越被用作提升注意力的方法。然而，其效果及最佳刺激靶点仍不明确。我们针对健康成年人进行了预先注册的随机对照试验元分析（共58项试验，295个结果），研究经颅电刺激对注意力功能的影响（PROSPERO：CRD42023487035），同时通过性能-电场相关性分析来确定与经颅电刺激带来的行为改善最相关的脑区。总体而言，与对照组相比，经颅电刺激能显著但轻微地提升注意力功能（标准化均值差[SMD] = 0.24，95%置信区间[CI] = 0.12–0.36，I² = 61%）。在评估刺激后注意力功能的试验中（40项试验，SMD = 0.23，95% CI = 0.12–0.33，I² = 39%），以及应用阳极经颅直流电刺激前额叶区域的试验中（与假刺激组对比；31项试验，SMD = 0.26，95% CI = 0.12–0.39，I² = 46%），也观察到了类似且稳定的改善效果，且没有发现出版偏倚或严重不精确性问题。PEC分析进一步表明，左背外侧前额叶皮层腹侧亚区的经颅直流电刺激产生的电场与经颅直流电刺激后注意力功能的提升最为相关。综合这些发现，提示经颅电刺激可能有助于提升注意力功能，而左背外侧前额叶皮层可能是未来旨在改善注意力的经颅电刺激研究的潜在靶点。

引言

注意力能够使人们选择性地处理与行为相关的信息，同时过滤掉其他干扰信息（Cowan等人，2024；Posner和Petersen，1990；Wolfe，2020）。在当今数字化信息泛滥的环境中，保持稳定的注意力控制变得越来越困难。各种通知、广告以及不断变化的信息流持续地对注意力系统提出要求（Fancello等人，2020；Kim等人，2016；Kushlev等人，2016；Li等人，2024）。因此，人们越来越关注能够在日常环境中提升注意力表现的干预措施。

认知神经科学的诸多研究结果表明，注意力功能依赖于分布式的额顶叶和皮下神经网络，而非单一的皮质区域。注意力网络框架将注意力功能分为多个可区分的子系统——警觉性注意力、空间定向注意力和执行注意力——它们由相互关联的大规模神经回路实现（Fan等人，2002；Posner和Petersen，1990）。其中，警觉性注意力指的是为处理即将到来的刺激而保持的一种准备状态，涉及前脑和额顶叶网络（Petersen和Posner，2012；Sarter等人，2001）。空间定向注意力则是指将处理资源有选择地分配到特定空间位置，涉及顶叶区域、额眼区和上丘（Corbetta和Shulman，2002；Fiebelkorn和Kastner，2020）。执行注意力则负责对注意力进行自上而下的调控，包括冲突解决、抑制功能以及根据任务目标灵活调整行为，它与背外侧前额叶皮层和前扣带回皮层密切相关（Miller和Cohen，2001）。由于这些功能对应着特定的神经系统，因此原则上可以通过针对性的神经干预来对其进行调节。

非侵入性脑刺激技术，如经颅电刺激和经颅磁刺激，已被用作调节皮质兴奋性并影响认知功能的工具（Antal等人，2017；Antal等人，2025）。尤其是经颅电刺激设备便于携带，可在家中使用（Maier等人，2024；Woodham等人，2025）。针对注意力网络中的关键节点——额叶和顶叶区域的实验研究也表明，经颅电刺激能够提升注意力水平（例如Miler等人，2018）。不过，不同刺激参数、不同靶区域以及不同行为实验设计得出的结果存在较大差异。随着人们对经颅电刺激在现实世界中应用的兴趣不断增加，系统地评估其效果的可靠性与适用范围变得十分重要。

此前的元分析研究了经颅直流电刺激或经颅交流电刺激对工作记忆以及认知功能的影响（Wischnewski等人，2021；Wischnewski等人，2024）。虽然这些领域与注意力控制有所重叠，但仅属于注意力网络框架所定义的更广泛注意力结构的一部分。警觉性注意力、空间定向注意力和执行注意力依赖于部分重叠但功能各异的神经回路，这意味着不同子系统的刺激效果可能存在差异。因此，目前尚不清楚经颅电刺激是对注意力功能产生普遍益处，还是仅能选择性调节某些特定子系统。此外，尽管de Boer等人（2021）研究了针对额叶区域的非侵入性脑刺激效果，但由于传统元分析方法的局限性，目前仍不清楚额叶的哪个亚区域最有利于提升注意力功能（Wischnewski等人，2021）。

为填补这些研究空白，我们对旨在研究经颅电刺激对健康成年人注意力功能影响的随机对照试验进行了预先注册的元分析。借鉴之前研究中的注意力网络框架（Kimura、Noyama等人，2024），我们不仅估算了整体注意力功能的效果大小，还分别分析了各个子系统的效果。同时，我们还研究了刺激参数、评估时机以及靶区域如何导致不同试验之间存在差异。最后，我们进行了探索性的性能-电场相关性分析，以确定经颅电刺激引发的电场强度与行为改善相关的皮质区域。通过将行为学元分析与具有空间分辨率的电场建模相结合，本研究旨在为未来旨在提升注意力的经颅电刺激研究提供初步的靶区参考。

章节节选

方法

本元分析是按照《临床实践指南制定手册》第四章的要求进行的（Minds Manual Developing Committee，2021）。该研究已在PROSPERO平台进行预先注册（CRD42023487035）。与最初的计划相比，我们将元分析方法从基于随机效应模型的标准成对元分析改为基于混合效应模型的多层元分析，这是因为大多数试验都采用了多种评估指标。我们仅使用了I²值来进行分析

结果

文献综述的流程图如图1所示。我们从四个数据库中找到了1929年至2023年间发表的2,633篇相关文章，此外还有一篇来自重新分析论文的文章（Jones等人，2017，原文为Jones等人，2020）。经过标题和摘要筛选后，有2,176篇文章被排除。剩下的458篇文章经过了全文审核，又有400篇被排除。最终纳入分析的58篇文章经过了定性综合分析。还有两项研究被进一步

讨论

在本研究中，我们旨在评估经颅电刺激对注意力功能的影响。总体而言，我们发现经颅电刺激确实对注意力功能有显著的积极作用，但研究结果存在较高的异质性以及出版偏倚。我们的探索性分析表明：（1）经颅电刺激能够在刺激后显著提升注意力功能；（2）针对前额叶区域的阳极经颅直流电刺激也能增强这些功能。此外，我们还发现经颅直流电刺激产生的电场与经颅电刺激在左前额叶区域的作用存在关联

结论

经颅电刺激虽能对注意力功能产生轻微但显著的积极影响，但目前的研究证据存在较大的异质性，且可能存在出版偏倚。探索性分析还表明：（1）经颅电刺激可能在刺激后立即提升注意力功能；（2）与假刺激相比，针对前额叶皮层的阳极经颅直流电刺激更有可能提升注意力功能，而在PEC分析中，左背外侧前额叶皮层是极具潜力的靶区

CRediT作者贡献说明

Toru Takahashi：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，项目管理，方法学，研究实施，数据整理，概念构建。Ikko Kimura：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化处理，方法学，研究实施，正式分析，数据整理。Shirin Vafaei：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，方法学，研究实施，数据整理，概念构建。Takufumi Yanagisawa：撰写——审阅与编辑，监督工作，项目管理

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在准备本稿时，作者们使用了ChatGPT、Grammarly和DeepL等工具来提升手稿的可读性和语言表达质量。在使用这些工具/服务后，作者们对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究是在日本科学技术振兴机构“Braintech指南”开发项目中进行的相关工作（M.T.和T.Y.获得的资助编号为JPMJMS2012）。I.K.的研究得到了德国研究基金会（项目编号1330/7-1，编号为467143400）的支持。我们还要感谢“Braintech指南”项目专门成立的证据评估委员会成员们，他们对本手稿提出了宝贵的意见。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。