6赫兹额顶联合区经颅磁刺激对视觉空间工作记忆准确性的会话依赖性影响

《Behavioural Brain Research》：Session-dependent effects of 6-Hz frontoparietal tACS on visuospatial working-memory accuracy

　　

摘要

视觉空间工作记忆依赖于分布式的前额叶-顶叶网络，尤其依赖于θ频段（4–8赫兹）的神经振荡。人们提出通过经颅交流电刺激这种非侵入性神经调控技术来调节这些振荡，从而提升认知功能。本研究通过Corsi块敲击任务，探讨了在左前额叶-顶叶网络区域施加θ频段（6赫兹）的经颅交流电刺激对视觉空间工作记忆表现的影响。在相同被试的多次实验设计中，参与者在同相、反相、tRNS以及无刺激条件下完成四次测试。线性混合效应模型显示，与无刺激条件相比，同相和反相的经颅交流电刺激都能提升准确率，而tRNS效应则无统计学显著性。在交互作用模型中，刺激带来的差异在第一次测试时最为明显，之后逐渐减弱。反应速度方面则未观察到与刺激相关的变化。研究结果表明，前额叶-顶叶区域的θ频段经颅交流电刺激可能有助于提升视觉空间工作记忆的准确率，尤其是在任务初期。不过，现有研究并未证明反相刺激比同相刺激具有更明显的优势。

引言

视觉空间工作记忆是人类认知的核心组成部分，它有助于空间推理、导航以及视觉信息的处理。该能力使得人们能够暂时存储和转换空间信息，其容量通常约为四个项目[1]。神经认知模型认为，视觉空间工作记忆依赖于分布式的前额叶-顶叶网络，尤其是背外侧前额叶皮层和后顶叶皮层，这两个区域共同参与信息的编码、保持和更新过程[2]。尽管已有大量研究，但视觉空间工作记忆背后的精确神经机制仍不完全清楚。

越来越多的证据表明，神经振荡在协调工作记忆过程方面起着关键作用。尤其是θ频段的活动（4–8赫兹），被认为与工作记忆任务中的时间组织、信息编码和保持有关[3]。这些振荡动态有助于实现不同皮质网络之间的信息整合与传递，因此成为外部调控的理想目标。

经颅交流电刺激是一种非侵入性神经调控技术，通过调节大脑内的自然振荡来影响脑活动。通过施加特定频率的弱正弦电流，经颅交流电刺激可以改变神经群体的相位和同步性[4]、[5]。先前的研究表明，特定频率的刺激，尤其是θ频段和α频段的刺激，能够影响视觉空间注意力和工作记忆表现，不过研究结果并不一致[6]、[7]。此前已有研究采用单点、双侧以及前额叶-顶叶区域的刺激方案来探索θ频段经颅交流电刺激的效果。Jau?ovec和Jau?ovec[8]研究了在前额叶和顶叶区域施加θ频段刺激的效果，发现其效果取决于刺激位置以及所评估的工作记忆过程。其他研究也表明，对前额叶-顶叶区域施加θ频段刺激能够提升相关表现。Polanía等人[9]在左侧前额叶和顶叶皮层施加6赫兹的刺激，发现同步刺激能够提升视觉记忆匹配能力，而非同步刺激则会降低该能力。Violante等人[6]也发现，同步的6赫兹前额叶-顶叶刺激能够在高认知负荷条件下提升工作记忆表现。不过，这种促进效应并非在所有研究中都出现。Chander等人[10]则发现，使前额叶中线的θ活动同步会干扰工作记忆表现，这说明外部施加的节律性活动可能会干扰大脑自身的任务相关活动。Jones等人[11]则发现，这种刺激仅能带来特定的工作记忆提升效果，并非普遍适用。最近，Ociepka等人[12]发现，无论是前额叶还是顶叶区域的θ频段刺激，都对序列回忆、注意力控制或关系整合没有显著影响。造成这些研究结果的差异可能源于多种方法学因素，比如刺激频率是固定还是个性化、刺激是针对单个皮质区域还是整个网络、刺激是在任务进行过程中还是之前实施，以及主要评估指标是准确率、容量还是反应时间等。此外，任务难度、被试的基线表现、大脑的自然振荡状态，以及头皮测得的相位差与实际皮质相位关系的对应程度，也都可能影响研究结果。

在经颅交流电刺激方案中，一个重要参数就是被刺激区域之间的相位关系。虽然传统上认为同相刺激（相位差为0度）能够增强功能连接，但越来越多的证据表明，相位偏移或不同步的刺激可能更能有效促进区域间的信息交流。相对相位确实会影响前额叶-顶叶区域经颅交流电刺激的行为效应。Polanía等人[9]在左侧前额叶和顶叶皮层施加6赫兹的刺激，发现同步刺激能够缩短视觉记忆匹配的反应时间，而非同步刺激则会降低表现。正是这些发现促使我们开展本次同相与反相θ频段经颅交流电刺激的比较研究，不过不同任务、不同实验设置以及不同行为指标下，相位依赖的效应也可能存在差异。基于之前的研究结果[13]，我们推测，特定相位的经颅交流电刺激——尤其是那些旨在协调前额叶-顶叶区域活动的方案——可以通过选择性筛选空间信息来提升视觉空间工作记忆的表现。本研究正是通过Corsi块敲击任务，探讨在左前额叶-顶叶区域施加6赫兹θ频段经颅交流电刺激对视觉空间工作记忆表现的影响[14]。

章节节选

参与者

共有24名年龄在18至35岁之间的受试者参与了我们的研究。所有参与者均表示自己的视力正常或经过矫正后为正常水平，且没有神经系统或精神疾病史。在参与研究之前，我们已根据非侵入性脑刺激研究的伦理标准获得了他们的知情同意。本研究方案也遵循了经颅电刺激领域的安全规范[4]。每位受试者都被邀请前来四次，分别进行四种不同的

准确率

固定效应估计值及其95%置信区间如图2所示。线性混合效应模型显示，与无刺激条件相比，同相经颅交流电刺激条件下的准确率显著更高（b = 0.162，p =.012），反相经颅交流电刺激条件下的准确率也同样显著更高（b = 0.176，p =.001）。而tRNS效应则无统计学显著性（b = 0.121，p =.142，见表1）。实验次数也与准确率存在显著关联

讨论

本研究旨在探究6赫兹频率的前额叶-顶叶区域经颅交流电刺激是否能在多次重复的任务过程中提升视觉空间工作记忆的准确率和反应时间。在加法模型中，无论是同相还是反相的经颅交流电刺激，都能让准确率显著高于无刺激条件，而tRNS效应则无统计学显著性。因此，现有研究结果并不支持之前关于反相刺激具有独特优势的结论。在

结论

在加法模型中，与无刺激条件相比，同相和反相的6赫兹频率前额叶-顶叶区域经颅交流电刺激都能显著提升视觉空间工作记忆的准确率。在交互作用模型中，刺激带来的差异在首次测试时最为明显，后续测试中的差异则逐渐减小。此外，也未检测到刺激对反应时间有统计学意义上的影响。这些结果为

知情同意与受试者信息

所有参与者或其法定代理人均已签署书面知情同意书，同意参与本研究并允许相关研究成果发表。同时，我们也严格保护了参与者的隐私权。

人类研究相关事项

本研究是在遵守相关法律法规、监管框架以及研究所在地的指导方针的前提下开展的。

本研究已经获得了HSE大学伦理委员会的批准。

（批准编号：07022022）

资金支持

本文是一项名为HSE-BR-2025-26的研究项目的成果，该研究属于HSE大学的基础研究计划范畴。研究过程中使用了HSE大学的非侵入性脑刺激自动化系统，该系统具备同步记录脑活动与眼动数据的功能。

CRediT作者贡献说明

奥克萨娜·津琴科：论文撰写——审阅与编辑、论文撰写——初稿撰写、结果验证、研究监督、资源提供、项目管理、方法设计、研究实施、概念构思。维塔利·库茨：论文撰写——审阅与编辑、论文撰写——初稿撰写、数据可视化、结果验证、定量分析、数据整理、概念构思。

Vitaly Kuts|Oksana Zinchenko

以色列巴伊兰大学认知神经科学实验室