《Sensors》：Polarity-Dependent Effects of Sinusoidal Galvanic Vestibular Stimulation on Cardiovascular Responses During Cognitive Load
编辑推荐：
前庭系统通过编码头部运动（线性和角加速度）与重力，为心血管调节提供前馈信号，其在重力负荷变化（如体位转换、微重力）、前庭障碍及前庭刺激中均发挥作用。既往采用正弦波状阈上电流性前庭电刺激（sinusoidal galvanic vestibular stimul
前庭系统通过编码头部运动（线性和角加速度）与重力，为心血管调节提供前馈信号，其在重力负荷变化（如体位转换、微重力）、前庭障碍及前庭刺激中均发挥作用。既往采用正弦波状阈上电流性前庭电刺激（sinusoidal galvanic vestibular stimulation, GVS）的研究对自主神经反应报道不一，近期证据表明前庭传入对GVS呈非线性编码。这种非线性编码是否导致极性依赖性自主神经反应，以及此类反应是否与并发认知需求相互作用尚不清楚。为探究此问题，研究人员在35名健康个体中应用正弦波状GVS调节前庭输入，同时用可穿戴设备记录生理信号。受试者在三种平衡顺序条件下完成工作记忆任务，前后各设静息期：右阳极/左阴极GVS（RGVS）、左阳极/右阴极GVS（LGVS）与假刺激（Sham GVS），并重复评估感知压力。任务期间，相对于Sham，RGVS使心率升高、LGVS使心率降低（p = 0.001），各条件下感知压力均上升（p < 0.001）。任务后，RGVS心率仍高于LGVS（p = 0.006），LGVS压力评分较其余条件下降（p < 0.01）。结果表明正弦波状GVS诱导极性依赖性自主效应，主要在并发认知需求时显现，该模式可能反映前庭传入非线性编码，其浮现或受注意转移调制。
研究背景与立项依据
前庭系统通过编码头部线性和角加速度及重力，经前庭交感反射（vestibulosympathetic reflex, VSR）参与心血管调节，在体位转换、微重力及前庭疾病中均具作用。既往正弦波状GVS研究对心率（heart rate, HR）等自主指标报道矛盾：部分研究用右阳极/左阴极GVS（RGVS）未发现HR变化，而另一些研究用左阳极/右阴极GVS（LGVS）或直流GVS观察到HR下降。近期灵长类证据显示前庭传入（尤其不规则纤维）对GVS呈非线性编码，阴极半周期增益高于阳极半周期，但极性反转是否在同一受试者中产生不同自主反应、以及前庭诱导的心血管变化如何与并发认知负荷交互，仍属未知。论文发表于《Sensors》，旨在以同一健康队列直接比较RGVS与LGVS在静息与言语工作记忆（working memory, WM）负荷下的自主、认知与心理效应。
主要技术方法概览
研究人员招募35名健康志愿者（最终分析30人，女21人，均值年龄25.57±3.05岁），采用双耳双极1 Hz正弦波状GVS（峰值±2 mA，强度按个体前庭阈值校准，LGVS/Sham/RGVS平均0.947/0.974/1.002 mA），以平衡顺序施予LGVS、RGVS、Sham三条件。生理信号用Empatica E4腕带光电容积描记（photoplethysmography, PPG）连续采集血流容积脉搏（blood volume pulse, BVP）导出HR与心搏间期（inter-beat intervals, IBIs），并算时域HR变异性指标RMSSD与频域标准化高频功率（%HF）；认知用听觉言语2-back任务（每条件4块×30试次），以信号检测论（Signal Detection Theory, SDT）提取辨别力d′与决策标准c；心理层用7点感知压力单题、环形情绪模型问卷、NASA-TLX及EHI、BAI筛查；统计用SPSS 26，非正态者以Friedman检验与Wilcoxon符号秩检验，正态者以重复测量ANOVA与配对t检验，并作Bonferroni校正与个体内z标准化。
研究结果
3.1 生理结果
Friedman检验显示zHR在刺激间差异显著（χ2(2)=14.739, p=0.001），任务期RGVS的zHR高于Sham（p=0.001）与LGVS（p<0.001），LGVS低于Sham（p=0.001）；任务后RGVS仍高于LGVS（p=0.006）。zRMSSD在刺激×时段交互中显著（p=0.007），任务期RGVS低于Sham（p=0.002）。%HF无显著差异。结论：正弦GVS的极性依赖HR效应主要在WM任务期浮现，RGVS交感偏向、LGVS副交感偏向。
3.2 认知结果
Hits数刺激间差异未过Bonferroni；SDT中c在RGVS低于Sham（p=0.008），d′、RT、FA无变。结论：RGVS使言语2-back决策标准更宽松（liberal），但不改目标辨别力，提示前庭信号以反应偏置而非敏感度调制WM。
3.3 心理结果
Δ压力在时段间显著，任务期各刺激均升（p<0.001）；任务后LGVS压力低于Sham与RGVS（p≤0.002）。高唤醒情绪RGVS>LGVS（未过校正）。NASA-TLX无差。结论：感知压力与生理唤醒同向，LGVS任务后具减压特征。
3.4 跨层相关
zHR与感知压力正相关（r=0.185, p=0.002），与zRMSSD负相关（r=-0.223, p<0.001）；压力与zRMSSD负相关。认知偏置与生理指标无关。
讨论浓缩
讨论指出，结果支持前庭传入对正弦GVS非线性编码假说：RGVS与LGVS并非等价反向激活，阴极增益优势使LGVS（左阳极）在任务中引出副交感偏向（HR↓、任务后压力↓），RGVS引出交感偏向（HR↑、RMSSD↓、决策放宽）。极性效应主要在认知负荷期显现，作者推测静息期注意指向内感受可被稳态调控掩盖，任务期外注意释放使vestibulo-autonomic通路表达；右岛叶交感、左岛叶迷走调节及楔前叶-内侧前额叶（medial prefrontal cortex, mPFC）DMN通路或介导侧化。实践上，前庭疾病应监测心血管共病；空间医学中微重力耳石卸载与体液头向重分布和前庭输入改变并存，需考虑交互；PPG腕带可替代ECG作生态效度监测。
结论译文
本研究揭示正弦波状GVS对心血管调节、言语工作记忆及感知压力具有极性依赖性效应，支持前庭传入以非线性方式编码正弦GVS的假说。并发高需求任务似为显露正弦刺激下自主反应极性依赖所必需的。这些发现推进了对前庭加工、自主调节与认知交互的理解，对前庭功能障碍临床群体、采用前庭刺激的实验研究及航天医学具重要意义。尚需进一步研究复现发现并阐明并发认知任务下前庭贡献于心血管调节的机制。
作者：Turin大学团队（伦理号0202625，2024-04-03），样本为意大利都灵招募健康青年，无金属植入/起搏器/神经耳精神病史。
