tDCS调控多巴胺释放，增强青少年注意力的研究

经颅直流电作为一种非侵入性脑刺激技术，诞生至今已有数十年历史，且已被广泛接受。它的原理是通过施加微弱的直流电，改变大脑皮质活动和兴奋性。例如，在背外侧前额叶皮层(DLPFC)施加tDCS干预，可以调节前额叶皮层功能的认知功能，尤其是注意力控制和执行功能。但其中的机制，一直没有明确的结论。

2019年，来自日本金泽大学、滨松大学的学者，在《Translational Psychiatry》上发表了研究报告指出:多巴胺是认知控制的关键神经递质，tDCS通过激活多巴胺系统，改善认知，增强注意力。

越来越多的证据表明，多巴胺系统与注意力之间有着密切联系。例如，注意力缺陷多动障碍的研究中，发现脑部纹状体多巴胺活性降低，与注意力不集中有关;同时，证明通过增强多巴胺活性，可以改善注意力不集中的问题。

执行功能是一套复杂的认知过程，包括工作记忆、注意力控制、计划、推理、问题解决、抑制控制等，而多巴胺系统和执行功能之间也有着密切的关系。

综上，研究团队认为，tDCS通过增强纹状体多巴胺释放，提高青少年注意力和执行功能。

为了验证“tDCS通过增强纹状体多巴胺释放，提高青少年注意力和执行功能”的结论，研究人员设计了一项随机、对照、双盲、交叉研究。试验流程如下图所示:

首先，将参与者分为试验组和对照组，试验组进行2次，每次13分钟，合计26分钟的tDCS干预(电流强度为2mA，作用于DLPFC)，对照组进行伪刺激(使用外形相同的设备，但并不进行tDCS干预)。在刺激后140分钟内，进行正电子发射断层扫描(PET)、磁共振成像(MRI)和GABA磁共振波谱(MRS)。

一个月后，试验组和对照组进行人员互换，重复上一次的过程，除了PET、MRI、MRS检测外，还使用MEGA-PRESS序列的光谱测量仪，检测GABA和其他脑代谢产物。

高分辨率脑部PET扫描显示，通过雷氯必利水平变化减少的百分比，观察tDCS干预后，各脑区多巴胺浓度的变化情况。其中橙色表示tDCS干预情况，蓝色表示伪刺激干预情况。(说明:雷氯必利结合电位降低，即百分比减低，意味着多巴胺释放增加。)

如上图所示，tDCS干预后，试验组和对照组，小脑处多巴胺释放无明显差异;

如上图所示，tDCS干预后，试验组和对照组，壳核处多巴胺释放无明显差异;

如上图所示，tDCS干预后，试验组和对照组，右侧腹侧纹状体处，试验组多巴胺释放明显高于对照组。

如上图所示，磁共振成像指出了多巴胺释放增加的脑区——右侧腹侧纹状体，与正电子发射断层扫描(PET)结论一致。

如上图所示，反应了雷氯必利水平与RTI反应时间准确度/标准偏差之间的关系。腹侧纹状体的较低雷氯必利水平(即较高浓度的多巴胺)对应于RIT中反应时间的更高准确度和更低标准偏差。

如上图所示，经过tDCS干预后，提高了RTI的准确性，由此也验证了tDCS干预腹侧纹状体的多巴胺浓度升高提升注意力水平。

综上所述，首先验证了研究团队的假设，即tDCS通过增强纹状体多巴胺释放，提高青少年注意力和执行功能。

另一方面，tDCS诱导的多巴胺释放，伴随的注意力改善，不仅适用于青少年和健康人群，由于纹状体中的多巴胺传递能力会随着年龄的增长而下降，由此会引发老年人出现注意力、认知能力退化，增加患帕金森病的风险，因此基于上述研究成果，tDCS在中老年人群中，同样具备良好的应用前景。

Fukai M , Bunai T , Hirosawa T , et al. Endogenous dopamine release under transcranial direct-current stimulation governs enhanced attention: a study with positron emission tomography.. Nature Publishing Group, 2019(1).