科研实践

阳极tDCS和高频tRNS刺激运动皮层的镇痛效果

我院彭微微副教授课题组近期在国际神经科学领域顶级期刊《Brain Stimulation》发表题为Analgesia induced by anodal tDCS and high-frequency tRNS over the motor cortex: Immediate and sustained effects on pain perception的研究论文。《Brain Stimulation》为中科院1区期刊(2020年最新升级版)，2020年影响因子为8.955。课题组硕士研究生姚俊杰和副研究员李晓云为论文的第一作者，彭微微副教授为论文的通讯作者，深圳大学为第一完成单位。

以往研究发现阳极经颅直流电刺激(a-tDCS)和高频经颅随机噪声刺激(tRNS)均可提高皮层兴奋性。相对于tRNS，结合直流偏移的tRNS (tRNS+DC-offset)更容易导致皮层兴奋性的提高。虽然有研究发现a-tDCS刺激初级运动皮层(M1)可用于缓解疼痛，高频tRNS+DC-offset能否作为一种有效的镇痛手段还有待探究。本研究旨在探讨作用于M1的a-tDCS和高频tRNS+DC-offset对疼痛预期和感知的调控效果。

本研究采用了双盲、假对照的被试间实验设计。如图1所示，将150名受试者随机分为三组，接受单次的作用于右侧M1的a-tDCS，高频tRNS+DC-offset，或伪刺激(sham)的干预。所有受试者在接受经颅电刺激(tES)干预前(T0)，干预后(T1)，及干预30分钟后(T2)分别完成疼痛评估任务。

图1 实验流程图

在疼痛评估任务中（图2），受试者根据预测线索，预测即将到来的疼痛强度；随后，疼痛或非疼痛刺激会施加在受试者的左手无名指，受试者对体验到的疼痛强度和不愉悦度进行主观评分。

图2 疼痛评估任务示意图

与sham相比，a-tDCS和高频tRNS+DC-offset干预后受试者的疼痛强度显著降低，表现出即时镇痛效果（图3A）。当受试者不确定即将到来刺激是疼痛或非疼痛时，a-tDCS表现出更好的即时镇痛效果（图3B）。

图3 a-tDCS和高频tRNS+DC-offset的即时镇痛效果

与sham相比，高频tRNS+DC-offset干预后30分钟受试者的疼痛强度显著降低，表现出持续镇痛效果，而a-tDCS没有表现出显著的持续镇痛效果（图4）。

图4 a-tDCS和高频tRNS+DC-offset的持续镇痛效果

由于高频tRNS+DC-offset降低了疼痛预期和疼痛体验，中介分析进一步揭示高频tRNS+DC-offset可以部分通过降低受试者的疼痛预期从而实现即时和持续的镇痛效果 (图5)。

图5 疼痛预期在高频tRNS+DC-offset镇痛效果中的中介作用

因此，阳极tDCS刺激M1会诱发即时镇痛效果，且在刺激不确定的情境下表现出更好的镇痛效果。高频tRNS+DC-offset刺激M1会诱发即时和持续镇痛效果，且部分通过降低疼痛预期而实现，这可能是因为高频tRNS+DC-offset能较为持久地增强M1的皮层兴奋性。本研究为tDCS/tRNS神经调控技术在临床疼痛治疗中的应用提供了证据，并提示应考虑患者的疼痛预期，从而帮助优化神经调控的镇痛效果。

该研究工作得到国家自然科学基金(31871127)，广东省普通高校特色创新类项目 (2019KTSCX149)和深圳市基础研究自由探索项目(JCYJ20190808154413592)的支持。

论文信息

Yao J. *, Li X. *, Zhang W, Lin X., Lyu X., Peng W. (2021) Analgesia induced by anodal tDCS and high-frequency tRNS over the motor cortex: Immediate and sustained effects on pain perception. Brain Stimulation. 14(5):1174-1183.