基于tDCS的认知增强在不可预测任务切换中的内在机制：一种基于机器学习的脑电图信号分析方法

《NeuroImage: Reports》：The underlying mechanisms of tDCS-Based cognitive enhancement in unpredictable task switching: A machine learning-based approach for EEG signal analysis

　　

摘要

经颅直流电刺激能够提升认知能力，但其效果差异较大，这凸显出有必要明确其神经生理机制。在本研究中，我们采用双盲设计，结合脑电图与机器学习技术，评估了24名参与者在阳极经颅直流电刺激和假刺激条件下的不可预测强度/奇偶性切换任务表现。行为实验结果显示，对右背外侧前额叶皮层进行阳极经颅直流电刺激可显著提高切换成本判断的准确性，同时降低混合成本判断的准确性。脑电图分析表明，该刺激在重复试验中会引发更强的N1波，消除N2波潜伏期、额叶/中央α波段（1200–1500毫秒）及顶叶β波段（600–800毫秒）的切换差异，同时在女性参与者中增强中央θ波段（100–400毫秒）的强度。此外，根据切换成本改善得分的中位数，将参与者分为高收益组和低收益组。进一步分析显示，在刺激-反应间隔期间，低收益组在阳极经颅直流电刺激条件下的试验类型分类准确性显著更高；而高收益组虽在刺激前的试验类型分类准确性较低，但在反应手部分类方面的准确性则更高。模型可解释性分析表明，不同脑区中α波段和/或β波段的权重显著高于θ波段和/或δ波段，对试验类型分类有重要影响。另外，在高收益组中，阳极经颅直流电刺激显著降低了左额叶δ波段的权重，增强了左中央前额叶α波段的权重，并提高了右中央α波段的权重。这些研究结果表明，对右背外侧前额叶皮层进行阳极经颅直流电刺激可通过调节注意力、冲突检测及抑制功能来影响不可预测任务切换过程，同时表明高频波段在试验类型分类中起关键作用，且该刺激通过不同的机制分别影响低收益组和高收益组的认知表现。

Ziyu Wang|Ziyuan Zhang|Rongjuan Zhu|Xinru Zhang|Xuqun You|Jimin Liang