靶向运动皮层的特定经颅近红外刺激参数组合可改善皮层兴奋性和血流动力学

《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》：A specific transcranial near-infrared stimulation parameter combination targeting the motor cortex improves cortical excitability and hemodynamics

　　

摘要

背景

经颅近红外刺激 (tNIRS) 是一种新兴的、基于光的、非侵入性神经调节技术，具有改善认知和运动功能等功能的巨大潜力。皮层兴奋性和血流动力学变化代表 tNIRS 效应的关键神经生理机制。tNIRS 参数的选择与其功能效应密切相关，不同参数组合在人类大脑皮层中诱发的神经生理变化值得进一步探索。

方法

22 名健康参与者以随机顺序在左侧运动皮层接受了四种类型的活性 tNIRS 和一种假刺激（Sham）tNIRS 条件，其中包括五种刺激条件：假刺激（Sham）、810 纳米连续波 (CW)、810 纳米 40 赫兹脉冲波 (PW)、1064 纳米 CW 和 1064 纳米 40 赫兹 PW。每次会话分为三个阶段，即刺激前、刺激中和刺激后。通过记录刺激前及刺激后长达 30 分钟的脑运动诱发电位 (MEP) 来评估皮层兴奋性的变化。同时，在手指对指任务期间，使用功能性近红外光谱 (fNIRS) 评估 tNIRS 引起的行为表现和皮层血流动力学变化。

结果

与假刺激条件相比，所有活性 tNIRS 方案均导致从右侧拇短展肌记录的 MEP 增加。刺激后 30 分钟，1064 纳米 40 赫兹 PW 条件诱发的 MEP 振幅显著大于 810 纳米 CW 和 1064 纳米 CW 条件。在行为方面，与假刺激条件相比，1064 纳米 40 赫兹 PW 条件下右手手指对指任务完成的周期数显著较高。关于皮层血流动力学，与基线相比，1064 纳米 40 赫兹 PW 条件在左手手指对指任务期间显示额叶和运动皮层广泛区域的激活降低。相反，810 纳米 40 赫兹 PW 条件仅在右手手指对指任务期间的运动皮层表现出血流动力学激活降低。

结论

波长为 1064 纳米、辐照度为 120 mW/cm²、持续时间为 20 分钟、刺激面积为 0.24 cm² 的 40 赫兹脉冲 tNIRS 方案引起了更显著的皮层兴奋性和血流动力学变化。这种增强效应可能归因于这种特定参数组合诱发的更显著的神经生理累积反应。这套特定参数代表了 tNIRS 未来临床应用的有前途的候选方案。