喬淇淇，王 新，康 靈，夏忠梁

（1.沈陽體育學院 研究生部，遼寧 沈陽 110102；2.沈陽體育學院 體育社會科學研究中心，遼寧 沈陽 110102；3.沈陽體育學院 體育教育學院，遼寧 沈陽 110102）

未來體育訓練不僅要注重身體訓練，更要加強大腦訓練（Hornyak，2017）。通過神經(jīng)調(diào)控技術(shù)手段探索神經(jīng)刺激與運動表現(xiàn)、神經(jīng)效率與運動表現(xiàn)之間的關(guān)系，了解運動技能增強的機理，并將此種技術(shù)有效應用到體育訓練中是未來發(fā)展趨勢。運動表現(xiàn)是指人們在運動中以良好的身體素質(zhì)為基礎(chǔ)，利用最優(yōu)化的動作模式、高效的運動技能效率完成一個或一套動作所表現(xiàn)出的能力。最佳運動表現(xiàn)的特征體現(xiàn)為人們完成動作的能量消耗最少、完成動作的時間最短、達成既定目標最大確定性。運動表現(xiàn)的研究一般可分為最佳運動表現(xiàn)的研究和運動失準的研究（伍瑤等，2018）。身體、生理和心理是影響運動表現(xiàn)的 3個重要因素（McCormick et al.，2015；Neumayr et al.，2003；Sleivert etal.，1996），肌肉力量、運動疲勞、技能掌握情況、穩(wěn)定平衡以及運動感覺等核心要素更是能直接、客觀地反映人體運動表現(xiàn)水平。有研究表明，大腦在提升人體肌肉力量、抑制身體疲勞和改善認知與學習能力等方面起著關(guān)鍵作用（Buch et al.，2017；Colzato et al.，2016），腦神經(jīng)調(diào)控技術(shù)將神經(jīng)科學與人體運動表現(xiàn)聯(lián)系得愈加緊密。

Reardon（2016）和 Hornyak（2017）均提出一項有助于提升競技體育運動表現(xiàn)水平的科技手段——“神經(jīng)啟動技術(shù)”（neuropriming），即經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)（transcranial direct current stimulation，tDCS）。這項非入侵式腦神經(jīng)調(diào)控技術(shù)可以極大增強大腦與肌肉的聯(lián)結(jié)，高效提升運動員在體育運動中肌肉協(xié)調(diào)的效率（Hornyak，2017；Reardon，2016）。但如何將經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)安全、有效地應用于體育運動中，進而促進運動員提升運動表現(xiàn)水平，仍存在較大爭議。通過檢索Web of Science數(shù)據(jù)庫中2000—2019年有關(guān)經(jīng)顱直流電刺激對運動表現(xiàn)影響的研究文獻，簡要介紹tDCS的概況及其生理機制，并重點梳理和分析該項神經(jīng)調(diào)控技術(shù)對人體運動表現(xiàn)的影響及其在體育運動中應用存在的安全性、倫理性及最優(yōu)化問題。

1 經(jīng)顱直流電刺激概況

1.1 定義及參數(shù)

tDCS是一種利用恒定、低強度直流電（1～2 mA）調(diào)節(jié)皮質(zhì)神經(jīng)元活動的非入侵式腦神經(jīng)調(diào)控技術(shù)。該技術(shù)具有無創(chuàng)、高效、易操作、低價、易便的特點。電流刺激強度一般在0.5～2.0 mA之間，刺激電極的作用面積包括16 cm2、25 cm2、3 5cm2、36 cm2等；電流密度介于0.02～1.00 mA/cm2；電流刺激時長約為3～30 min；電荷總量為15～100μC/cm2。

1.2 生理機制

tDCS通過調(diào)節(jié)自發(fā)性神經(jīng)元網(wǎng)絡活性而發(fā)揮作用。Ardolino等（2005）指出，tDCS具有極性特征和即刻效應，即通過陽極和陰極兩個電極傳遞1～2 mA弱電流刺激，從而調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)特定區(qū)域的興奮性。Nitsche等（2000）指出，tDCS對皮質(zhì)興奮性調(diào)節(jié)的基本機制是依據(jù)刺激的極性不同引起靜息膜電位超極化或去極化的改變，陽極刺激通常降低神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位的閾值，提高皮層興奮性；陰極刺激提高神經(jīng)元動作電位的閾值，降低皮層的興奮性。

tDCS除能調(diào)節(jié)刺激時的大腦皮層興奮性，產(chǎn)生即刻效應，還能產(chǎn)生一定的持久效應。有研究表明，tDCS的后續(xù)效應可持續(xù)1 h的時長（Furubayashi et al.，2008）。認為tDCS的持久效應可能與突觸變化有關(guān)，或與NMDA和GABA等神經(jīng)遞質(zhì)受體的功效受到調(diào)節(jié)，從而影響長時程抑制（long term drepression，LTD）和長時程增強（long term potentiation，LTP）密切有關(guān)（Siebner et al.，2004）。Monai等（2016）指出，tDCS能夠重塑突觸的原因，可能與tDCS作用下星形細胞鈣離子濃度發(fā)生變化有關(guān)。tDCS還能在腦網(wǎng)絡層面上改變大腦的興奮性（Grefkes et al.，2016；Roche et al.，2012）。

2 經(jīng)顱直流電刺激對運動表現(xiàn)的影響

近年，tDCS是否能幫助健康人群、運動員提高運動表現(xiàn)（王開元等，2018），進而加速運動員提高專項技能的研究受到關(guān)注。Colzato等（2016）指出，腦神經(jīng)調(diào)控技術(shù)對人體運動表現(xiàn)的影響主要包括延緩肌肉疲勞、增加肌肉力量、促進動作技能學習和提升運動感覺等。

2.1 對肌肉疲勞的影響

肌肉疲勞是身體肌肉承受工作活動產(chǎn)生的疲勞，對運動員和非運動員人群日常生活的身體表現(xiàn)會產(chǎn)生限制。以呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)為主的氧運輸系統(tǒng)對于長時間運動中骨骼肌和神經(jīng)的能量供應至關(guān)重要。有研究表明，陽極tDCS刺激增加相應電極區(qū)域下腦血流灌注（Stagg et al.，2013），改善腦部血流，延長腦組織正常工作時間，推遲疲勞的發(fā)生（表1）。

Cogiamanian等（2007）研究表明，6 min后進行左肘曲肌35%MVC直至力竭測試，神經(jīng)肌肉疲勞下降15%，左側(cè)肘關(guān)節(jié)屈曲等長收縮達到力竭的時間顯著延長。Williams等（2013）研究表明，當個體處于疲勞時，利用tDCS可以輔助增加個體繼續(xù)運動的能力。Okano等（2015）研究表明，受試對象在運動期間自我感知疲勞程度（rating of perception exertion，RPE）增加緩慢、峰值功率輸出提升4%。Vitor-costa等（2015）同樣證明了陽極tDCS能夠延緩受試者達到疲勞的時間。

但Flood等（2017）的研究結(jié)果與上述不同。該研究采用HD-tDCS刺激感覺運動皮層，12名受試者進行了最大自主收縮（maxmium voluntary contraction，MVC）和次最大肌肉耐力實驗，研究表明，該技術(shù)減少了疲勞帶來的疼痛，但是對肌肉耐力的影響并不顯著。Flood等（2017）認為，造成這種結(jié)果的原因可能是通過HD-tDCS施加的電流空間特異性大于傳統(tǒng)tDCS，刺激目標可能分散在手區(qū)的運動皮層之外，潛在誘導了鄰近區(qū)域發(fā)生不必要的神經(jīng)元變化；但其同樣認為刺激持續(xù)時間是需要考慮的重要因素之一。Kan等（2013）和Muthalib等（2013）也發(fā)現(xiàn)，陽極tDCS技術(shù)在刺激人體M1區(qū)時，沒有對延緩人體單個肌群疲勞起到積極效果。

本研究發(fā)現(xiàn)，目前的實驗研究中選擇的刺激腦區(qū)多為M1，并且認為通過提升M1興奮性，可增加皮質(zhì)脊髓通路的輸出量，延緩脊髓上段的疲勞，進而提升人體延緩肌肉疲勞的能力；Okano等（2015）的研究證明，刺激腦區(qū)不在M1區(qū)，同樣可以達到延緩運動疲勞的效果。提示在應用tDCS研究對肌肉疲勞影響時，實驗中也應考慮刺激其他腦區(qū)開展研究。但有研究指出，tDCS不能延緩肌肉疲勞（Kan et al.，2013；Muthalib et al.，2013）。綜上，本研究認為，影響延緩疲勞效果的因素可能包括：腦區(qū)的選擇、刺激強度和持續(xù)時間等。因此，需要在今后進行更為嚴格的設計和深層次的研究，探索出最佳刺激腦區(qū)以及相應刺激參數(shù)，進而應用該技術(shù)提高專業(yè)運動員群體的運動表現(xiàn)。

2.2 對肌肉力量的影響

肌肉力量是提升人體運動表現(xiàn)的基礎(chǔ)性身體素質(zhì)之一，是由形態(tài)與神經(jīng)因素共同支撐的，這些因素包括肌肉橫截面積和結(jié)構(gòu)、肌腱韌性、運動單位募集、速率編碼、運動單位同步和神經(jīng)肌肉抑制等（Suchomel et al.，2018）。長期的力量訓練可以提高中樞神經(jīng)的興奮性、釋放更多的激素，促使運動中樞誘發(fā)更高頻率的同步化神經(jīng)沖動，募集到更多的運動單位參與肌肉運動收縮，表現(xiàn)出更大肌肉力量。tDCS可以調(diào)整大腦皮層的興奮性，陽極刺激大腦皮層能夠短暫而顯著地提高神經(jīng)興奮性。Ardolino等（2005）指出，tDCS可以改變腦區(qū)局部pH值（H+）及細胞內(nèi)鈣離子濃度，從而改變神經(jīng)元非突觸興奮性，有助于中樞釋放強而集中的神經(jīng)沖動，增加肌肉力量（表2）。

表1 經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)對肌肉疲勞的影響研究Table 1 Study Effect of Transcranial Direct Current Stimulation on Muscle Fatigue

M1區(qū)是研究常用的刺激腦區(qū)，通過tDCS刺激該區(qū)能有效提高人體肌肉力量。Cogiamanian等（2007）運用陽極tDCS刺激24名健康受試者右側(cè)初級運動皮質(zhì)（M1），采用左肘曲肌MVC測試，受試者左肘曲肌的力量耐力有所改善。Tanaka等（2009）研究表明，對健康受試人群，陽極tDCS刺激右M1區(qū)時，可以增加腿部最大夾捏力量，并且受試者接受tDCS刺激后30 min，仍然保持增加受試者肌肉力量的刺激效果，但在刺激后60 min最大夾捏力量下降到基線水平。Tanaka等（2011）的研究證明，運用該技術(shù)還可以調(diào)節(jié)中風患者膝關(guān)節(jié)伸展的力量。Frazer等（2017）研究表明，采用重復陽極tDCS刺激受試者橈側(cè)腕屈肌（flexor carpi radialis，F(xiàn)CR）的皮層，在刺激后24 h進行最大自主等長收縮測試，仍然能夠有效增強腕屈肌的力量。值得注意的是，Hendy等（2014）運用陽極tDCS刺激右側(cè)M1，并結(jié)合右側(cè)上肢伸肌力量訓練，可以交叉激活異側(cè)未經(jīng)過力量訓練上肢的力量。提示可以根據(jù)tDCS的遷移特性，將其應用到臨床骨骼肌受傷、中風術(shù)后康復以及運動員力量訓練中，對提升人體的運動表現(xiàn)質(zhì)量具有事半功倍的效果。

表2 經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)對肌肉力量的影響研究Table 2 Study Effect of Transcranial Direct Current Stimulation on Muscle Strength

隨著研究范圍的擴大和研究層次的加深，研究趨向于探究使用tDCS刺激其他區(qū)域加強人體的肌肉力量。Lattari等（2016）研究顯示，受試者完成肘部屈肌10 RM負荷收縮數(shù)量增加。Lattari等（2018）采用專業(yè)器械進行10 RM最大負荷運動測試，通過刺激15名受試者的左側(cè)背外側(cè)前額葉皮質(zhì)（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC），有效增加受試者在任務中的（volume-load）負荷量。Hazime等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，陽極tDCS刺激手球運動員C3和C4皮層后，外旋肌MVIC在刺激過程中、刺激后30 min和60 min顯著增加，內(nèi)旋肌MVIC在刺激過程中、刺激后30 min顯著增加，并且短暫增加了運動員肩內(nèi)旋、外旋最大收縮力量。Vargas等（2017）選取女子足球運動員作為受試對象，將陽極放置受試者C3和C4皮層進行刺激，受試者膝關(guān)節(jié)伸肌最大等長自主收縮能力明顯增強。研究還發(fā)現(xiàn)對于優(yōu)勢側(cè)伸肌而言，陽極刺激組與假刺激組在刺激過程中、刺激后30 min和60 min存在顯著差異。但Maeda等（2017）發(fā)現(xiàn)，陽極tDCS并不能增強人體下肢肌力訓練的效果，認為導致上述結(jié)果可能與研究的樣本量較小、選取的受試個體差異較大以及未采集到肌肉力量訓練與陽極tDCS聯(lián)合作用的神經(jīng)生理學數(shù)據(jù)等有關(guān)。

研究已證實陽極tDCS可以增強人體肌肉力量，并指出受試者接受13 min tDCS刺激所引起的皮層興奮性能夠保持90 min左右（Nitsche et al.，2001）。但研究主要集中在刺激后30 min或60 min肌肉力量的保持效果，鮮有刺激后90 min甚至更長時間肌肉力量的變化研究。提示深入研究tDCS所能引起的痕跡效應，以及在刺激的痕跡效應內(nèi)進行相應的體育訓練是否會獲得更為理想的訓練效益，尚待進一步研究。

2.3 對運動技能學習的影響

學習和記憶是重要的認知功能，在認識、適應和改造主客觀環(huán)境等方面發(fā)揮著不可替代的作用。學習是獲取新信息的過程，其結(jié)果便是記憶（周鵬等，2018）。運動技能學習是在大腦皮層主導下，人體接受多種信號刺激，建立復雜條件反射的過程，是從初期興奮性泛化，到后期興奮與抑制相互協(xié)調(diào)的過程。研究表明，tDCS可增加突觸可塑性，增強運動前區(qū)、運動區(qū)及感覺運動區(qū)的功能性接。上述機制對于運動技能學習過程中的腦活動會產(chǎn)生積極影響（Kuo et al.，2014），促進運動技能的學習（表3）。

Reis等（2009）指出，tDCS能夠促進運動技能學習，提高練習效益和提升運動表現(xiàn)水平。運動技能的學習和適應與腦網(wǎng)絡的功能和結(jié)構(gòu)有關(guān)，尤其與M1、小腦、輔助運動皮層（SMA區(qū)）、DLPFC等腦區(qū)關(guān)系密切。Nitsche等（2003）認為，M1參與了技能習得階段和早期鞏固階段的內(nèi)隱運動學習，刺激M1區(qū)能夠顯著提升動作學習的表現(xiàn)水平，促進運動技能的獲得和保持。Vines等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，陽極tDCS刺激可以提高受試者手指連續(xù)敲擊鍵盤的正確率。Ehsani等（2016）研究表明，該技術(shù)能夠減少測試任務的反應時與錯誤數(shù)量，促進健康人離線運動技能學習的能力，運動技能的學習效果可保持48 h。Hupfeld等（2016）應用陽極tDCS刺激SMA區(qū)，同樣改善了受試者的簡單和選擇反應時。還有研究指出，陽極電流刺激M1可以顯著減少反應時、提高任務績效和有效提高學習效果（Ammann et al.，2016；Panico et al.，2016）。Kidgell等（2013）研究表明，運用tDCS（單側(cè)和雙側(cè)）刺激M1區(qū)，在刺激過程中、刺激后30 min和60 min 3個階段，學習者均能顯著改善PPT的運動表現(xiàn)。Zhu等（2015）應用陰極tDCS刺激左側(cè)DLPFC改善了運動學習和高爾夫推桿練習中的表現(xiàn)。Wade等（2015）指出，觀察性學習也是運動技能習得的有效辦法，在觀察階段增加PM（前運動區(qū)）的興奮性可以縮短技能習得的時間，還可以提高完成任務的準確性。

總結(jié)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)促進運動技能習得的主要刺激腦區(qū)是M1，刺激其他腦部區(qū)域也具有同樣效果；促進運動技能學習的刺激參數(shù)相對多變，時長多為15～20 min不等，刺激強度多為1 mA或2 mA，極板為25 cm2居多；研究中常用來評價運動技能學習任務有：1）連續(xù)的手指敲擊任務（SFTT包括隱式或顯式序列結(jié)構(gòu)）；2）順序視覺等距夾緊力任務（the sequential visual isometric pinchforce task，SVIPT）；3）系列反應時任務等（卞秀玲 等，2018；Buch et al.，2017；Ghilardi et al.，2008）。但在應用該技術(shù)評價運動技能學習時，采取的任務評價設置較為簡單，缺少多關(guān)節(jié)、多維度復雜運動技能的學習，以及缺少保持和遷移階段的技能測試。

2.4 對運動感覺的影響

運動感覺又稱動覺，是主體對運動中身體姿勢和肢體動作的感受或意識，包括對身體各部分所處位置的感覺，動作的樣式、幅度和方向的精確性感覺；對動作的速度和平衡的粗略意識，以及身體在空間定向較為模糊的感受（丁世聰?shù)龋?017）。例如，蹦床運動員在空中做動作的空間感和方向感，以及高水平滑雪運動員助滑時的速度感和滑出后的角度感等。學習者或運動員通過無數(shù)次的練習，將運動感覺存入大腦，才能更有效地做出各種動作技能。有研究顯示，經(jīng)顱直流電刺激可以加強突觸的連接，促進對肢體的控制，可以提高運動感覺（表4）。

Antal等（2004b）研究表明，tDCS改變了視覺運動感知和運動性能，在陽極刺激的早期學習階段，正確跟蹤運動的百分比顯著增加，視覺運動協(xié)調(diào)能力得到增強。Antal等（2004a）進一步研究指出，接受陰極刺激視覺皮層，能改善視覺運動協(xié)調(diào)任務的性能，包括動態(tài)、高分辨率感知和移動目標預定的運動選擇。值得注意的是，當采用2 mA陽極電流刺激高水平運動員左背外側(cè)前額葉皮層，運動員的認知表現(xiàn)和情緒方面得到改善，可以獲得潛在的競爭優(yōu)勢（Borducchi et al.，2016）。tDCS同樣用于治療臨床患者，恢復其感知覺功能。在Mortensen等（2016）的研究中，陽極tDCS較多應用于腦卒中患者上肢運動功能障礙的康復，刺激腦區(qū)為損傷側(cè)大腦半球，增加運動皮質(zhì)的興奮性，促進潛在的神經(jīng)元恢復喪失的功能。Olma等（2013）研究表明，受試者運動靈敏度可以顯著提升，改善了視覺系統(tǒng)中殘存完整神經(jīng)元的視覺感知功能，并有較長時間保持效果，彌補了中風相關(guān)神經(jīng)元喪失的視覺功能不足。樊京京等（2015）認為，應用tDCS刺激癲癇患者的大腦皮層，調(diào)節(jié)大腦皮層的興奮性，有助于控制癲癇的發(fā)作。本研究推測，在需要保持鎮(zhèn)靜及抑制顫動的項目（如射擊等），應用該技術(shù)可能存在潛在的提升效果。該技術(shù)還可以應用于帕金森（喬娜等，2019）、腦卒中（Hummel et al.，2005；Jo et al.，2008）及抑郁癥（Boggio et al.，2008；Fregni et al.，2006）等進行治療與康復，均表現(xiàn)為有效改善患者的運動能力及認知能力。

表3 經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)對運動技能學習的影響研究Table 3 Study Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Motor Learning

鑒于運動感覺屬于較微妙的意識或感知，研究無法進行直接的評價和測量，在應用tDCS探究對運動感覺的影響時，應多采用間接的方式進行研究，包括視知覺運動任務（視覺運動協(xié)調(diào)任務、視覺動作追蹤任務）、簡單動作控制任務以及運動障礙患者的運動能力康復測試等。

2.5 對平衡能力的影響

平衡能力是一項重要的身體素質(zhì)，是抵抗破壞平衡的外力，保持身體處于穩(wěn)定狀態(tài)的能力。在競技體育比賽中，如雪上技巧類項目、蹦床以及體操等，提升運動員平衡能力尤為重要。神經(jīng)影像學數(shù)據(jù)顯示，動態(tài)平衡任務（dynamci baalnce task，DBT）中的平衡學習與運動相關(guān)區(qū)域的功能相關(guān)結(jié)構(gòu)腦改變之間存在密切的關(guān)聯(lián)（Taubert et al.，2010）。Sohn等（2013）研究表明，tDCS刺激腦部皮質(zhì)可增強大腦皮層的興奮性，能加強人體的姿勢控制和提升肌肉力量，具有潛在提升平衡能力價值（表5）。

Kaminski等（2016）研究表明，陽極tDCS組較假刺激組提升了動態(tài)平衡能力，表現(xiàn)為更好的平衡運動表現(xiàn)與較小的平衡誤差，并且受試者可以將這種平衡能力保持24 h。Ehsani等（2017）指出，小腦對姿勢的控制與平衡具有重要作用，小腦蚓部相當于控制軸肌，主導運動平衡和姿勢控制（Shumway-Cook et al.，2012）。Ehsani等（2017）研究表明，陽極tDCS刺激小腦對老年人姿勢控制和平衡的改善有直接作用，能夠提升老年人平衡能力。Yosephi等（2018）研究證明了陽極刺激M1和小腦，能夠改善高風險老年人的平衡能力。Hupfeld等（2016）研究顯示，受試者縮短了平衡能力測試中達到平衡狀態(tài)的時間。提示tDCS能夠幫助人體提升平衡能力及平衡任務的快速學習。

表4 經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)對運動感覺的影響研究Table 4 Study Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Motor Sensation

但Kaminski等（2013）研究表明，將陽極極板放置SMA、陰極極板放置前額葉皮質(zhì)（prefrontal cortex，PFC）未能促進動態(tài)平衡能力的提升，甚至損害了受試者的平衡能力。當互換陽極和陰極極板位置再次進行實驗時，發(fā)現(xiàn)受試者的動態(tài)平衡能力并沒有顯著變化。為了進一步探究受試者平衡能力受損的原因，研究人員又進行了一項對照實驗，仍將陽極極板放置SMA區(qū)，陰極極板放置PFC區(qū)，但是增大陰極刺激PFC極板面積，結(jié)果顯示，對照實驗中受試者的動態(tài)平衡能力并沒有像第1次實驗一樣受到影響。提示在研究tDCS對平衡能力影響時，首先應該考慮兩個刺激電極放置的位置；其次，在嚴格控制極板面積的前提下，將陰極極板放置PFC區(qū)可以對人體的平衡能力產(chǎn)生抑制影響。Lee等（2012）和Kaminski等（2017）應用tDCS分別刺激CZ和雙側(cè)M1腿部區(qū)，也未能促進受試者的平衡能力提升，認為：1）受試對象為老年人，平衡能力提升可能與年齡差異存在影響；2）老年人在執(zhí)行運動任務時比年輕人表現(xiàn)出更精細的大腦激活，只刺激M1區(qū)可能不能激活腦的整個網(wǎng)絡完成復雜的平衡任務；3）刺激的方式及時機，也可能與受試者的平衡能力存在必然聯(lián)系。

綜上，研究選取的刺激腦區(qū)、刺激參數(shù)及平衡評價任務存在差異，可能是tDCS對平衡能力產(chǎn)生影響的主要原因。tDCS誘發(fā)行為的改變可能與年齡差異具有一定關(guān)系，應用tDCS時應考慮年齡因素的影響。tDCS對平衡能力影響的相關(guān)研究中缺少運動員等受試人群的參與。因此，該技術(shù)是否能有效改善運動員的平衡能力，有待進一步研究。

3 體育運動中使用tDCS面臨的問題

3.1 應用tDCS的安全性問題

tDCS使用的安全性問題是研究關(guān)注的焦點。有研究證實，在廣泛的刺激參數(shù)范圍內(nèi)（≤40 min，≤4 mA，≤7.2 C）不會對人體造成損傷（Bikson et al.，2016），且該技術(shù)無論是對健康者還是有神經(jīng)疾病的患者，應用于皮質(zhì)的運動區(qū)和非運動區(qū)，其不良作用都很小。最常見的不良作用為電極板下輕微的麻感和癢感，但存留時間較短（Brunoni et al.，2012）。Iyer等（2005）對1 mA和2 mA tDCS刺激額葉的安全性進行了研究，研究表明，在有限的暴露于tDCS下產(chǎn)生極化的額葉皮質(zhì)是安全的，且能選擇性提高健康者的言語流利度。Alonzo等（2012）和Verònica Gálvez等（2013）的研究分別證實了連續(xù)使用5天tDCS進行刺激，觀察受試者無不良反應。美國國立衛(wèi)生研究院（NationalInstitutesofHealth，NIH）認為，在使用合適的電極和導電膏條件下，電流密度約為2.546 mA/cm2，持續(xù)時間＜20 min，均為安全范圍（Bikson et al.，2009）。劉盼等（2011）指出，電流密度0.05mA/cm2，平均電量0.06C/cm2為組織損傷的閾值，tDCS的安全參數(shù)設置為電極板5×7 cm2，刺激持續(xù)30 min以內(nèi)，電流1.0～2.0 mA證實為安全。上述研究證據(jù)表明，tDCS是一項安全的非入侵式腦神經(jīng)調(diào)控技術(shù)。

表5 經(jīng)顱直流電刺激技術(shù)對平衡能力的影響研究Table 5 Study Effect of Transcranial Direct Current Stimulation on Balance Ability

但研究指出，tDCS仍然處于試驗階段，還需要大量的實踐研究證明這項腦刺激技術(shù)產(chǎn)生的效果及應用前景。且現(xiàn)有研究均來自以病人和普通健康者為受試對象研究得出的結(jié)論，而以運動員和體育活動參與者為受試對象的研究證據(jù)仍然匱乏（Banissy et al.，2013）。Nitsche等（2008）研究指出，腦刺激技術(shù)對身體存在以下潛在風險：1）電刺激脈沖會導致腦組織受到傷害；2）電化學反應會產(chǎn)生毒素物質(zhì)；3）電流會對皮膚產(chǎn)生損傷；4）電荷沉積以及通過電流調(diào)整氨基酸和蛋白質(zhì)會造成腦損傷；5）造成神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如癲癇、急性濕疹；6）造成頭疼、皮膚瘙癢、惡心等癥狀。Seller等（2015）研究表明，tDCS刺激大腦額葉皮質(zhì)后，真刺激組相比于假刺激組，阻礙了知覺推理指數(shù)和總智力分數(shù)提升幅度。

3.2 在體育運動中應用tDCS的倫理性問題

“以人為本”是競技體育本源，是競技體育可持續(xù)、健康發(fā)展的根本。tDCS可以增強大腦與肌肉的聯(lián)結(jié)，提高運動員在體育運動中肌肉協(xié)調(diào)的效率，增強肌肉力量、延緩肌肉疲勞、促進運動技能學習、提升運動感覺，輔助提升運動員運動成績的客觀事實不容忽視。同時，tDCS還可以提升觀察力、記憶力，尤其對于國際象棋、電子競技這類要求運動員在比賽中高度集中注意力、良好的創(chuàng)造力和記憶力的體育項目存在潛在提升效果。因此，在不同的運動項目中使用經(jīng)顱直流電刺激是否違背了“以人為本”的體育內(nèi)涵，該技術(shù)是否被認為是用一種新興的非藥理性興奮劑——“神經(jīng)興奮劑”，均有待考究。

世界反興奮劑機構(gòu)（World Anti-Doping Agency，WADA）規(guī)定：如果某些物質(zhì)或手段符合其列出的3個要素中的至少2個，就被視為興奮劑。這些因素包括：1）提高運動成績；2）違反體育精神；3）個人風險。按照WADA的標準，假設tDCS具備一定的安全性，那么關(guān)于tDCS是否被判定為興奮劑，則可簡化為應tDCS是否違反“體育精神”。Davis（2013）從原則和實踐的角度提出，在訓練過程中的神經(jīng)增強不應該被認為是不道德的行為。因此，訓練期間在安全的條件下使用經(jīng)顱直流電刺激作為輔助訓練手段，通過增強其神經(jīng)的連接，提高運動員的運動表現(xiàn)，并沒有違反體育精神，不應認為使用了興奮劑?！凹毙浴笔莟DCS的一個特性，研究表明，tDCS刺激后大腦皮層的興奮性即刻提高，刺激效應一般可維持20～60 min，急性效果取決于刺激的強度和時長（Nitsche et al.，2001）。如果經(jīng)顱直流電刺激被認為是一種“神經(jīng)興奮劑”，就現(xiàn)階段神經(jīng)興奮劑檢測技術(shù)而言，由于無法采取有效辦法檢測出運動員在訓練期間或比賽前是否接受tDCS刺激，因此不能判定其使用了興奮劑手段。但Park（2017）認為，tDCS的效果與增加中樞神經(jīng)興奮的安非他明和減少震顫的β受體阻滯劑（Zhang et al.，2016）等幾種流行藥物相似，是一種新興的“神經(jīng)興奮劑”，同樣會危害運動員健康。

tDCS的倫理關(guān)注高于其他方面研究的關(guān)注，但在運動中使用該技術(shù)是否被視為違反體育道德仍未明確（Riggall et al.，2015）。不可否認的是，tDCS對提升運動表現(xiàn)有著積極的效果，但目前還存在公平性問題、世界反興奮劑機構(gòu)對該項技術(shù)是否被列為神經(jīng)興奮劑的定位問題以及倫理道德性問題等。

3.3 在體育運動中最優(yōu)化使用tDCS問題

tDCS的研究已經(jīng)證實能夠增強人體的運動表現(xiàn)（卞秀玲 等，2018；Angius et al.，2018），探究經(jīng)顱直流電刺激、運動訓練以及刺激聯(lián)合運動訓練三者之間的效益關(guān)系，明確tDCS的具體定位，是制定訓練計劃的前提，更是服務運動訓練的重要保障。卞秀玲等（2018）認為，將經(jīng)顱直流電刺激聯(lián)合運動訓練產(chǎn)生的效益可能會超過兩者單獨訓練的效益。Yosephi等（2018）的研究表明，相較于單獨的平衡姿勢訓練或刺激小腦訓練，采用tDCS刺激聯(lián)合平衡姿勢訓練能夠顯著提升受試者的姿勢穩(wěn)定指數(shù)、提升平衡能力。Mahmoodifar等（2019）的研究同樣證實了接受陽極tDCS刺激聯(lián)合運動技能訓練有效改善了受試者的平衡能力。這些研究證據(jù)表明，經(jīng)顱直流電刺激聯(lián)合運動訓練對于平衡能力的提升效果優(yōu)于單獨接受經(jīng)顱直流電刺激或運動訓練。通過梳理相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，將tDCS應用到力量、疲勞的研究中，多采用離線刺激任務，即在訓練前或訓練后接受刺激；將該技術(shù)應用到運動技能學習的研究，多采取在線刺激任務，即在訓練過程中同時開展刺激。

tDCS可以改變大腦皮層興奮性、增強突觸連接、提高人體在運動中肌肉協(xié)調(diào)效率，進而提升人體運動表現(xiàn)。分析發(fā)現(xiàn)（表1～5），研究中所使用的刺激劑量與運動表現(xiàn)存在不確定關(guān)系。Davis（2014）指出，提升人體運動表現(xiàn)所需最優(yōu)化刺激劑量（刺激電流強度、刺激持續(xù)時長、極板大?。┥形疵鞔_。表明不同的刺激劑量可能產(chǎn)生相同的刺激效果，而相同的刺激劑量也可能提升人體不同方面的運動表現(xiàn)，提升運動表現(xiàn)最佳刺激劑量可能是一個集合。因此，探究最優(yōu)化刺激劑量與運動表現(xiàn)之間的效應關(guān)系是未來的研究方向。

4 對tDCS使用的反思與展望

tDCS作為非入侵式腦神經(jīng)調(diào)控技術(shù)之一，以其無創(chuàng)、高效、易操作、低價、便攜等特點，在神經(jīng)科學、康復醫(yī)學及運動科學等領(lǐng)域取得了飛躍式發(fā)展。但是，使用該技術(shù)提升人體運動表現(xiàn)時仍存在一些不足及亟需改進的內(nèi)容。

1）圍繞肌肉力量、運動疲勞、技能掌握、身體平衡以及運動感覺五大要素評價人體運動表現(xiàn)的研究中，M1是提升人體運動表現(xiàn)的主要刺激腦區(qū)；但是DLPFC、SMA以及小腦等刺激腦區(qū)對提升普通人群，甚至運動員特定的運動表現(xiàn)能力同樣發(fā)揮作用。提示在未來的研究中，一方面將tDCS與運動學、神經(jīng)生理學、腦神經(jīng)影像學等多學科技術(shù)相結(jié)合，進行多信息融合分析，剖析刺激不同腦區(qū)與提升運動員運動表現(xiàn)的關(guān)系；另一方面，應繼續(xù)明晰該技術(shù)提升人體運動表現(xiàn)具體的神經(jīng)生理機制。

2）梳理、分析現(xiàn)有研究成果的實驗設計，在實驗中刺激參數(shù)的選取與組合各不相同；進行保持任務測試的時間間隔較短；設置的實驗任務較為簡單，缺乏復雜任務范式及真實運動情景的任務范式。研究多選取健康普通人作為受試對象，選取運動員作為受試對象驗證tDCS提升運動員運動表現(xiàn)的實證研究數(shù)量較少。提示在未來研究中，一方面通過開展實證研究調(diào)整相關(guān)刺激參數(shù)的大小，確定最佳刺激參數(shù)（刺激強度、刺激時間、刺激極板），以及研究刺激后不同時間間隔的痕跡效應；在真實運動情景下，通過設計多關(guān)節(jié)、多維度實驗任務探索利用該技術(shù)原理的便捷式設備開展實證研究，提升研究的生態(tài)學效度；另一方面，選取運動員作為受試對象進行更多的實證研究，探究tDCS對運動員運動表現(xiàn)的影響效益，進而通過科技助力方式提高運動員的運動成績。

3）tDCS刺激靶向的精確性是影響研究結(jié)果的關(guān)鍵因素。一方面，如果刺激電流聚焦分散到其他腦部區(qū)域，將直接影響提升運動表現(xiàn)的效果，在運動訓練過程使用該項技術(shù)也可能會降低運動訓練效益；另一方面，運動員在競賽中的運動表現(xiàn)是其綜合競技能力水平的體現(xiàn)，現(xiàn)有的研究設計多為刺激一個腦區(qū)，驗證是否提升運動員某一項運動能力；研究未關(guān)注是否提升了運動員多種運動能力以及多種運動能力之間是否存在抑制作用。提示在未來研究中，一方面，研究應利用高精度tDCS，確保刺激精準靶向目標腦區(qū)，提高刺激誘發(fā)行為變化的效果；另一方面，建議設計刺激單一腦區(qū)的多任務實驗方案或設計同時刺激多個腦區(qū)的實驗方案，分別驗證多種競技能力之間是否存在同時提升或相互抑制的關(guān)系，以及根據(jù)運動員提升不同的運動能力需求，選擇最佳的刺激腦區(qū)或區(qū)域組合，綜合提升運動員能力與素質(zhì)，避免提升某一運動能力而損害另一運動能力。

4）tDCS在體育運動應用中仍存在潛在的安全問題，還未有權(quán)威的機構(gòu)發(fā)布其確切的安全診斷處方；競技體育領(lǐng)域中使用tDCS的倫理問題主要體現(xiàn)在該技術(shù)是否會被定義為“神經(jīng)興奮劑”，以不正當?shù)男袨樘岣哌\動成績。提示在未來研究中，一方面，應在已知安全的范圍內(nèi)謹慎使用tDCS，保證運動員的安全；另一方面，針對該技術(shù)在競技體育中的應用，建議嘗試開發(fā)檢測儀器設備、制訂檢測神經(jīng)興奮劑的量化標準，如刺激的時長、刺激的電流強度等刺激參數(shù)的上下限，針對運動員進行“神經(jīng)興奮劑”精確檢測。

5）tDCS可以提升人體運動表現(xiàn)，但對不同的群體，尤其是運動員群體，該技術(shù)聯(lián)合運動訓練所產(chǎn)生的復合效益對比單一訓練或單一刺激是否更為理想，仍需要更多的研究證據(jù)；提升人體運動表現(xiàn)所需的最優(yōu)化刺激劑量尚未明確。提示在未來研究中，一方面，需要進一步探究tDCS、運動訓練、刺激聯(lián)合運動訓練三者對運動員運動表現(xiàn)的提升效益；另一方面，仍需要進行大量實證研究，探究刺激劑量與運動表現(xiàn)的效應關(guān)系，確定最優(yōu)化刺激劑量，從而更好地提升運動員的運動表現(xiàn)，取得出色的競技成績。