亓豐學(xué)， 苗雨， 張娜， 劉卉

(1.北京體育大學(xué)運(yùn)動(dòng)與腦科學(xué)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100084； 2.北京體育大學(xué)中國(guó)運(yùn)動(dòng)與健康研究院， 北京 100084)

小腦位于枕葉下方、腦干背側(cè)，即顱后窩內(nèi)[1]，與大腦、間腦和腦干共同構(gòu)成人腦，其體積約為人腦的10%，但神經(jīng)元多達(dá)690億個(gè)，占人腦總神經(jīng)元的80%[2]。研究顯示，小腦中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量是大腦網(wǎng)絡(luò)的2倍[3]，密集的神經(jīng)元和組織網(wǎng)絡(luò)為小腦參與和執(zhí)行身體活動(dòng)提供支持，不僅接收來(lái)自大腦、脊髓和感覺(jué)系統(tǒng)的信息，同時(shí)對(duì)信息進(jìn)行整合，輸出到相應(yīng)的皮層[4]，參與維持身體平衡、調(diào)節(jié)肌肉張力和協(xié)調(diào)肌肉的隨意運(yùn)動(dòng)等。此外，小腦還參與非運(yùn)動(dòng)功能的表達(dá)[5]，如認(rèn)知和情感等[6]。研究表明，小腦齒狀核的信息輸出很大一部分投射到前額葉和后頂葉皮層等大腦皮層的非運(yùn)動(dòng)區(qū)域，與大腦形成緊密的運(yùn)動(dòng)與非運(yùn)動(dòng)功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7-9]。小腦復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)為調(diào)控運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)功能提供了新思路。但是，如何調(diào)控小腦能更有效提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)缺乏系統(tǒng)的研究。

經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)是一種非侵入性的腦刺激技術(shù)，通過(guò)電極將微弱的直流電作用于腦皮層，調(diào)節(jié)皮層的興奮性和可塑性[10]，為深入了解小腦功能及其在調(diào)控運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)方面的作用提供了新工具。近年來(lái)，應(yīng)用tDCS刺激小腦提升腦功能的研究逐漸增多，特別在神經(jīng)科學(xué)、神經(jīng)病學(xué)以及康復(fù)領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。但tDCS干預(yù)小腦是否能有效提升人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，選擇怎樣的tDCS刺激參數(shù)、時(shí)間和腦區(qū)位置能有效提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)尚不清楚。現(xiàn)梳理tDCS刺激腦皮層的神經(jīng)生理機(jī)制，總結(jié)tDCS刺激小腦的電極放置位置與方法，并綜述小腦tDCS技術(shù)對(duì)改善運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響及神經(jīng)機(jī)制研究。

1 經(jīng)顱直流電刺激的作用機(jī)制

tDCS具有極性依靠的特點(diǎn)，正極tDCS刺激神經(jīng)細(xì)胞胞體和/或樹(shù)突誘發(fā)神經(jīng)元放電增強(qiáng)，靜息膜電位降低，產(chǎn)生去極化，提升大腦皮層興奮性[11]如圖1(a)所示。負(fù)極tDCS刺激神經(jīng)細(xì)胞胞體和/或樹(shù)突誘發(fā)神經(jīng)元放電減弱，靜息膜電位升高，導(dǎo)致超極化，抑制大腦皮層興奮性[12-13]，如圖1(b)所示。

圖1 tDCS作用機(jī)制Fig.1 tDCS action mechanism

tDCS對(duì)大腦皮層興奮性的后效應(yīng)依賴(lài)N-methyl-D-aspartate(NMDA)受體調(diào)節(jié)，谷氨酸受去極化的影響，濃度提升，激活NMDA受體和鈣離子通道，提升神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long term potentiation, LTP)[14]。谷氨酸受超極化的影響，濃度降低，抑制NMDA受體和鈣離子通道，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度降低，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)程抑制(long term depression, LTD)[15-17]。LTP和LTD是學(xué)習(xí)、記憶過(guò)程中重要的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制，可促進(jìn)或抑制突觸間連接[15]。研究發(fā)現(xiàn)，tDCS的刺激強(qiáng)度和刺激時(shí)長(zhǎng)對(duì)突觸可塑性有不同的影響，1～2 mA tDCS正極刺激可誘發(fā)運(yùn)動(dòng)皮層興奮性持續(xù)90 min[18-19]。1 mA tDCS負(fù)極刺激可抑制運(yùn)動(dòng)皮層興奮性長(zhǎng)達(dá)60 min[20]，3 mA tDCS負(fù)極刺激抑制運(yùn)動(dòng)皮層興奮性可達(dá)90 min[16]。近20年的臨床研究表明，tDCS具有無(wú)痛、局灶性、無(wú)創(chuàng)性和可逆性的特點(diǎn)，能夠有效改善人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[21]、感覺(jué)功能[22]和認(rèn)知功能[23-25]。但是，如何進(jìn)一步延長(zhǎng)微弱電流刺激后的腦皮層興奮性或抑制性的效果，仍需進(jìn)一步的研究。

2 經(jīng)顱直流電刺激小腦的電極放置

根據(jù)研究目的和電場(chǎng)強(qiáng)度的不同[26]，國(guó)際上通常把tDCS刺激雙側(cè)小腦的電極(通常為1～2 mA)安放于枕骨隆突中央下方1～2 cm處[27-29]，刺激單側(cè)小腦的電極通常安放于枕骨隆突一側(cè)3 cm處[30]，參考電極通常放置于頰肌[31]、前額/眼眶上區(qū)域[27]、三角肌[32]或乳突[33-34]，tDCS刺激小腦的電極安放位置參考如圖2所示。

3 經(jīng)顱直流電刺激小腦對(duì)人類(lèi)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響

運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)是運(yùn)動(dòng)員在比賽或訓(xùn)練中以及普通人群在身體鍛煉中運(yùn)動(dòng)能力的集中體現(xiàn)。研究表明，小腦、初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層M1以及二者的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接對(duì)提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)有重要作用，是調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的重要網(wǎng)絡(luò)[35]。長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以改變運(yùn)動(dòng)員腦網(wǎng)絡(luò)的功能可塑性[36]。隨著非侵入性腦刺激技術(shù)以及神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展，tDCS技術(shù)逐漸應(yīng)用于小腦皮層改善人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，如平衡能力、運(yùn)動(dòng)適應(yīng)、動(dòng)作技能學(xué)習(xí)以及肌肉力量等。

3.1 改善身體姿勢(shì)控制

姿勢(shì)控制能力是一種自適應(yīng)的感覺(jué)控制系統(tǒng)，視覺(jué)、本體感覺(jué)和前庭覺(jué)[37]在脊髓、前庭核、腦干、小腦、丘腦和運(yùn)動(dòng)皮層等多級(jí)神經(jīng)中樞進(jìn)行整合加工[38]，以獲得對(duì)當(dāng)前姿勢(shì)狀態(tài)最準(zhǔn)確的感知。其中，小腦是整合與姿勢(shì)控制相關(guān)信息的重要腦區(qū)。

圖2 tDCS刺激小腦的電極安放位置參考Fig.2 References of set-ups to apply tDCS over the cerebellum

隨年齡增長(zhǎng)，老年人的感覺(jué)系統(tǒng)靈活性減弱，導(dǎo)致摔倒風(fēng)險(xiǎn)增加。Ehsani等[39]讓健康老年人接受單次1.5 mA tDCS正極刺激小腦20 min后即刻，站在固定或轉(zhuǎn)動(dòng)的平衡測(cè)試儀上，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)姿勢(shì)搖擺明顯減少，48 h后的隨訪(fǎng)發(fā)現(xiàn)，Berg平衡量表的評(píng)分也明顯增高，單次刺激改善老年人的平衡能力持續(xù)48 h?？赡艿脑蚴莟DCS正極刺激小腦激活浦肯野細(xì)胞活性，改善小腦蚓部區(qū)或白質(zhì)束的功能，抑制小腦深部核神經(jīng)元產(chǎn)生適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)輸出，進(jìn)而抑制了損害姿勢(shì)平衡的活動(dòng)[40]。tDCS正極刺激小腦促進(jìn)小腦和其他腦區(qū)的連接，增加小腦控制M1、前庭系統(tǒng)、中腦和其他腦區(qū)的功能。Baharlouei等[41]用2 mA tDCS正極刺激小腦，發(fā)現(xiàn)老年人在接受單次刺激后控制靜態(tài)和動(dòng)態(tài)姿勢(shì)的能力得到改善，且老年人在進(jìn)行平衡測(cè)試時(shí)接受簡(jiǎn)單認(rèn)知任務(wù)，同樣改善了靜態(tài)平衡能力。有研究表明，小腦白質(zhì)束將小腦和其他腦區(qū)連接，使得tDCS刺激小腦在認(rèn)知任務(wù)方面具有潛在的益處[42]。因此，當(dāng)老年人的認(rèn)知系統(tǒng)和姿勢(shì)控制系統(tǒng)同時(shí)激活，更有利于平衡能力的改善。

Poortvliet等[27]在對(duì)年輕人的姿勢(shì)控制實(shí)驗(yàn)任務(wù)中增加難度，1 mA tDCS正極刺激小腦20 min后，受試者接受15 s的被動(dòng)跟腱震動(dòng)任務(wù)干擾他們的站姿，觀察其姿勢(shì)控制擾亂后的恢復(fù)能力。研究發(fā)現(xiàn)，恢復(fù)過(guò)程中壓力中心(center of pressure, COP)的位移減少，改善了健康成年人的自適應(yīng)姿勢(shì)控制能力。然而，F(xiàn)orerster等[43]用1 mA tDCS的正極(13 min)和負(fù)極(9 min)分別干預(yù)健康受試者的右側(cè)小腦，結(jié)果顯示tDCS負(fù)極刺激損害了健康個(gè)體的靜態(tài)平衡能力，但正極刺激小腦沒(méi)有影響靜態(tài)平衡能力?？赡艿脑蚴? mA的tDCS正極刺激強(qiáng)度未能有效激活健康成年人神經(jīng)元的興奮性和強(qiáng)化各個(gè)感覺(jué)系統(tǒng)的神經(jīng)聯(lián)系。

此外，Inukai等[44]研究2 mA tDCS負(fù)極刺激小腦20 min對(duì)健康成年人的靜態(tài)平衡表現(xiàn)的影響，發(fā)現(xiàn)身體搖擺總軌跡長(zhǎng)度以及單位時(shí)間的軌跡長(zhǎng)度降低，平衡能力改善。1個(gè)月后，同一批受試者再次接受同樣強(qiáng)度的tDCS負(fù)極刺激，參考電極由前額改為右側(cè)頰肌，同樣改善靜態(tài)平衡能力[44]。浦肯野細(xì)胞是小腦皮層唯一能夠傳出沖動(dòng)的神經(jīng)元，這些細(xì)胞的軸突釋放的γ-氨基丁酸神經(jīng)遞質(zhì)能抑制小腦深部核神經(jīng)元，從而增強(qiáng)M1的興奮性，導(dǎo)致平衡能力的提升，即“小腦-大腦抑制”[45]。

平衡能力降低以及行走障礙是導(dǎo)致腦卒中、帕金森、小腦共濟(jì)失調(diào)甚至腦癱等疾病患者摔倒的重要原因。小腦參與步態(tài)的前饋控制使機(jī)體避開(kāi)障礙物以適應(yīng)新環(huán)境，并通過(guò)小腦-丘腦-皮層通路的激活狀態(tài)提高機(jī)體的平衡適應(yīng)能力[46]。Picelli等[47]讓腦卒中患者在機(jī)器人的輔助下進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練時(shí)接受2 mA 負(fù)極tDCS干預(yù)健側(cè)的小腦半球結(jié)合負(fù)極經(jīng)皮脊髓直流電刺激20 min，連續(xù)干預(yù)10 d，患者的行走能力得到改善。大腦半球競(jìng)爭(zhēng)模型表明健康人大腦半球間存在經(jīng)胼胝體抑制[48]，腦卒中后通過(guò)抑制健側(cè)腦區(qū)異常的神經(jīng)元興奮性來(lái)幫助恢復(fù)患者的平衡功能。因此，tDCS負(fù)極干預(yù)健側(cè)小腦半球可改善受損腦區(qū)功能恢復(fù)[49]。Rezaee等[50]研究發(fā)現(xiàn)2 mA tDCS正極刺激小腦齒狀核和小腦控制下肢的區(qū)域(小葉VII-IX)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality, VR)視覺(jué)反饋系統(tǒng)干預(yù)慢性腦卒中患者15 min，可以改善患者站立平衡能力。VR視覺(jué)反饋系統(tǒng)可導(dǎo)致機(jī)體在維持平衡過(guò)程中產(chǎn)生操作性條件反射，且tDCS刺激小腦的輔助治療可減少反應(yīng)時(shí)間，從而提高姿勢(shì)控制能力。Grecco等[51]用1 mA tDCS正極刺激共濟(jì)失調(diào)性腦癱兒童小腦20 min結(jié)合運(yùn)動(dòng)跑臺(tái)進(jìn)行姿勢(shì)訓(xùn)練2周(共10次)，2周訓(xùn)練后閉眼時(shí)COP振蕩明顯減少，腦癱兒童的身體平衡能力改善，這種積極效應(yīng)在一個(gè)月后仍獲得保留。這說(shuō)明tDCS正極刺激小腦結(jié)合跑臺(tái)訓(xùn)練可以增加外周神經(jīng)的信息傳遞，并增強(qiáng)參與運(yùn)動(dòng)的腦區(qū)連通性。可見(jiàn)，小腦在自適應(yīng)學(xué)習(xí)過(guò)程中起重要作用，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練(如跑臺(tái)訓(xùn)練)結(jié)合正極tDCS刺激小腦可促進(jìn)新運(yùn)動(dòng)模式的學(xué)習(xí)，進(jìn)而對(duì)平衡和步態(tài)等活動(dòng)產(chǎn)生積極影響。

綜上，tDCS刺激小腦能夠改善健康群體和神經(jīng)病損患者的平衡能力。tDCS正極刺激小腦能夠促進(jìn)小腦和其他腦區(qū)的連接，增加小腦控制M1、前庭系統(tǒng)、中腦和其他腦區(qū)的功能，激活浦肯野細(xì)胞活性，改善小腦蚓部區(qū)或白質(zhì)束的功能，抑制小腦深部核神經(jīng)元放電。tDCS負(fù)極刺激小腦皮層，γ-氨基丁酸濃度升高，抑制小腦深部核神經(jīng)元放電，從而提升M1的興奮性。此外，健康成年人相較于老年人或神經(jīng)病損患者的姿勢(shì)控制能力沒(méi)有衰退或受到損害，可能需要更優(yōu)化的刺激模式提升身體姿勢(shì)控制能力。因此，根據(jù)受試者對(duì)姿勢(shì)控制的不同需求選擇合理的刺激強(qiáng)度和刺激時(shí)間調(diào)控腦部神經(jīng)元的興奮性，提升身體平衡能力。

3.2 提高運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性

運(yùn)動(dòng)適應(yīng)基于運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)和感覺(jué)反饋，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)調(diào)整運(yùn)動(dòng)以適應(yīng)新需求和不斷減少錯(cuò)誤，在變化的環(huán)境中完善預(yù)期目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模式。運(yùn)動(dòng)適應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及多個(gè)腦區(qū)間的相互作用，它可以校準(zhǔn)大腦對(duì)身體移動(dòng)的規(guī)劃和考慮與新任務(wù)需求相關(guān)的成本[52]。

Galea等[53]用2 mA tDCS正極分別刺激右側(cè)小腦和M1，通過(guò)受試者多次重復(fù)在計(jì)算機(jī)屏幕上快速、準(zhǔn)確捕捉射擊目標(biāo)的方式評(píng)估視覺(jué)適應(yīng)能力，結(jié)果顯示tDCS刺激小腦后受試者能更快速適應(yīng)視動(dòng)轉(zhuǎn)換和減少運(yùn)動(dòng)錯(cuò)誤。Weightman等[54]研究表明年輕人用2D機(jī)器人操作系統(tǒng)(需要上臂伸展運(yùn)動(dòng))適應(yīng)一個(gè)60°視動(dòng)轉(zhuǎn)換來(lái)完成任務(wù)，發(fā)現(xiàn)2 mA tDCS正極刺激右側(cè)小腦可以提高受試者的適應(yīng)能力。因?yàn)樯媳凵煺沟木?xì)動(dòng)作依賴(lài)于小腦，所以激活小腦神經(jīng)細(xì)胞的活性有效提高了上臂的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)能力。眼動(dòng)適應(yīng)是一種由小腦介導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)類(lèi)型，當(dāng)視線(xiàn)落在目標(biāo)位置時(shí)，眼動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)錯(cuò)誤，更新運(yùn)動(dòng)指令，在前一次的基礎(chǔ)上調(diào)整振幅，訂正視線(xiàn)位置。Avila等[55]對(duì)受試者進(jìn)行眼動(dòng)適應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)1.5 mA正極tDCS刺激右側(cè)小腦15 min，增強(qiáng)了跳動(dòng)視力的適應(yīng)能力。Mitroi等[56]在延遲眨眼條件反射的實(shí)驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)1.5 mA或2 mA tDCS刺激小腦20 min，均會(huì)增強(qiáng)年輕健康受試者眨眼調(diào)節(jié)能力。tDCS可能改變了小腦中γ-氨基丁酸、谷氨酸、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)傳遞，促進(jìn)眨眼調(diào)節(jié)能力。

綜上所述，tDCS刺激小腦能改善受試者的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)能力。tDCS可作為一種神經(jīng)調(diào)節(jié)技術(shù)調(diào)節(jié)小腦動(dòng)眼神經(jīng)沖動(dòng)輸出，促進(jìn)任務(wù)相關(guān)的特定小腦區(qū)域神經(jīng)活動(dòng)。未來(lái)需要更多元的樣本結(jié)合不同刺激模式進(jìn)行研究，揭示tDCS刺激小腦改善運(yùn)動(dòng)適應(yīng)的生物學(xué)機(jī)制，更好地理解人類(lèi)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中小腦在腦網(wǎng)絡(luò)中的作用。

3.3 提升運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力

運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)是通過(guò)感覺(jué)器官，從多種信息源攝取所學(xué)動(dòng)作技術(shù)的信息進(jìn)行加工處理[57]，形成動(dòng)作表象，建立動(dòng)作程序，并根據(jù)程序完成動(dòng)作的過(guò)程。學(xué)習(xí)過(guò)程需接受反饋信息，通過(guò)減少錯(cuò)誤，完成運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程。已有研究表明，tDCS可增加小腦皮層神經(jīng)細(xì)胞激活，影響NMDA受體的多態(tài)性，促進(jìn)皮層脊髓可塑性和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力[58-59]。

Cantarero等[60]用2 mA tDCS的正極刺激右側(cè)小腦，受試者連續(xù)3 d進(jìn)行線(xiàn)上或線(xiàn)下的順序視覺(jué)等距捏力任務(wù)練習(xí)，結(jié)果顯示練習(xí)的錯(cuò)誤率降低，運(yùn)動(dòng)技能習(xí)得能力較偽刺激組明顯改善，且在線(xiàn)學(xué)習(xí)組(tDCS刺激期間完成學(xué)習(xí)任務(wù))的效果優(yōu)于離線(xiàn)模式(tDCS非刺激期間完成學(xué)習(xí)任務(wù))。但是，在線(xiàn)和離線(xiàn)組的技能掌握水平在一周后不存在差異，在線(xiàn)學(xué)習(xí)并未獲得額外的習(xí)得效果。Ehsani等[61]用2 mA tDCS正極刺激小腦20 min，使受試者在線(xiàn)完成序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)(serial reaction time task, SRTT)，并分別在刺激結(jié)束后35 min和48 h評(píng)估短期和長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)效果。結(jié)果表明，SRTT任務(wù)的錯(cuò)誤率明顯減少，在線(xiàn)學(xué)習(xí)同樣增強(qiáng)短期運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)表現(xiàn)，并將其積極效應(yīng)維持48 h。Jackson等[62]增加了學(xué)習(xí)任務(wù)的難度，讓受試者向遠(yuǎn)處(6 m外)目標(biāo)進(jìn)行投擲練習(xí)，并盡可能縮短落地點(diǎn)至目標(biāo)中心的距離。研究發(fā)現(xiàn)，投擲訓(xùn)練時(shí)結(jié)合2 mA tDCS正極刺激右側(cè)小腦20 min，能有效減少投擲誤差的幅度，提高復(fù)雜任務(wù)中運(yùn)動(dòng)技能的習(xí)得。正極tDCS刺激小腦可增加神經(jīng)元放電速率，增強(qiáng)神經(jīng)元間突觸連接，從而影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，鞏固序列學(xué)習(xí)任務(wù)[63]。日常活動(dòng)不同于固定任務(wù)，具有較強(qiáng)的多變性，未來(lái)需要進(jìn)一步應(yīng)用復(fù)雜的任務(wù)研究理解運(yùn)動(dòng)控制和學(xué)習(xí)。通過(guò)調(diào)控小腦神經(jīng)活動(dòng)能減少運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)時(shí)錯(cuò)誤的發(fā)生，同時(shí)小腦通過(guò)參與由小腦和基底神經(jīng)節(jié)介導(dǎo)的其他學(xué)習(xí)機(jī)制(如獎(jiǎng)賞機(jī)制)強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)[64]，促進(jìn)學(xué)習(xí)能力的提高。

但是，Beyer等[65]用2 mA正極tDCS刺激右側(cè)小腦20 min后進(jìn)行離線(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)(不在刺激期間完成學(xué)習(xí)任務(wù))，結(jié)果顯示學(xué)習(xí)的效率沒(méi)有提高。Verhage等[66]用1.5 mA正極tDCS刺激健康受試者的小腦20 min，同時(shí)進(jìn)行內(nèi)隱分類(lèi)學(xué)習(xí)任務(wù)，結(jié)果顯示未改善學(xué)習(xí)能力。Jongkees等[67]研究發(fā)現(xiàn)1 mA tDCS正極刺激小腦20 min結(jié)合序列反應(yīng)時(shí)任務(wù)抑制運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力達(dá)24 h。tDCS刺激小腦可能具有任務(wù)依賴(lài)性。雖然干預(yù)小腦有助于運(yùn)動(dòng)技能的習(xí)得，但是其對(duì)視覺(jué)運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)適應(yīng)、聯(lián)想學(xué)習(xí)以及眨眼條件等方面的學(xué)習(xí)更敏感。

綜上，tDCS刺激小腦能夠改善人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)能力，在線(xiàn)學(xué)習(xí)效果優(yōu)于離線(xiàn)模式，且表現(xiàn)出較為明顯的任務(wù)依賴(lài)特征。此外，運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程依賴(lài)于小腦外側(cè)和M1共同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)[68]，未來(lái)的研究可以進(jìn)一步探索兩者之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接。tDCS刺激小腦結(jié)合任務(wù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練是否能改善老年人和神經(jīng)病損患者的運(yùn)動(dòng)能力，是否能提高運(yùn)動(dòng)員尤其是競(jìng)技能力提升空間受限的高水平運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)有待進(jìn)一步研究。

3.4 提升肌肉力量表現(xiàn)

力量素質(zhì)是人體神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在工作時(shí)克服或?qū)棺枇Φ哪芰?。肌肉力量不僅有助于完成日常生活中的各種任務(wù)，如走、跑、跳、投等，而且還可以預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)或動(dòng)作效能。肢體進(jìn)行隨意運(yùn)動(dòng)時(shí)，小腦接收大腦皮層發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指令和獲取肌肉執(zhí)行運(yùn)動(dòng)指令的信息后，小腦皮層的浦肯野氏細(xì)胞發(fā)出神經(jīng)沖動(dòng)，調(diào)控小腦齒狀核的齒狀細(xì)胞活動(dòng)，經(jīng)齒狀核-丘腦皮層束反饋到運(yùn)動(dòng)皮層，通過(guò)易化或抑制作用調(diào)控運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)活動(dòng)，從而精確控制肌肉力量[69]。

目前的研究較多驗(yàn)證了tDCS刺激背外側(cè)前額葉皮層[70]、M1[71]和顳葉皮層[72]等能有效提升肌肉力量，并將該技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中。Kenville等[73]首次將tDCS刺激小腦用于提升肌肉力量，25名健康受試者在接受tDCS刺激期間，三次用力推固定的杠鈴桿(杠鈴桿質(zhì)量極大，無(wú)法被推動(dòng))，每次持續(xù)3～5 s，評(píng)估受試者的最大等長(zhǎng)收縮力量(maximal isometric voluntary contraction, MIVC)。結(jié)果顯示，2 mA tDCS正極刺激小腦20 min，可以增強(qiáng)杠鈴深蹲運(yùn)動(dòng)中肌肉MIVC[73]。雖然這表明肌肉力量可以通過(guò)tDCS刺激小腦調(diào)節(jié)，但是目前研究結(jié)果無(wú)法證明小腦與肌肉力量的提高直接相關(guān)。tDCS刺激小腦可能增加小腦與其他腦區(qū)的連接，肌肉力量的短期增長(zhǎng)可能歸因于多個(gè)腦區(qū)的神經(jīng)興奮性增加。

綜上，tDCS刺激小腦對(duì)提高肌肉力量表現(xiàn)有積極效應(yīng)。然而，由于該領(lǐng)域尚未開(kāi)展大范圍的研究，先前實(shí)驗(yàn)的積極效應(yīng)未在其他研究中被論證，無(wú)法確定tDCS刺激小腦可以直接增加肌肉力量。因?yàn)榧×Φ脑黾与x不開(kāi)腦網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)控制，所以未來(lái)研究需要結(jié)合神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)，分析tDCS刺激期間肌力變化的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制。未來(lái)應(yīng)該結(jié)合不同的研究方法探索tDCS刺激小腦對(duì)肌肉力量的影響，為進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論與展望

tDCS刺激小腦能改善人體姿勢(shì)控制能力、提升運(yùn)動(dòng)適應(yīng)能力、加快動(dòng)作技能的學(xué)習(xí)和提高肌肉力量表現(xiàn)等。tDCS刺激小腦作為一種潛在的神經(jīng)病損疾病治療技術(shù)和運(yùn)動(dòng)功能提升的干預(yù)方法，未來(lái)需要解決以下問(wèn)題。

(1)進(jìn)一步揭示tDCS刺激小腦改善運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的神經(jīng)生理機(jī)制。未來(lái)需要通過(guò)神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)，如功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, FMRI)和彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)探索齒狀核-丘腦-皮層通路介導(dǎo)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的機(jī)制。

(2)明確tDCS干預(yù)小腦的最佳刺激參數(shù)(如刺激強(qiáng)度、刺激時(shí)間和刺激時(shí)間間隔等)。目前，tDCS刺激小腦的參數(shù)更多基于健康成人群體和病人群體的刺激模式，未來(lái)需要針對(duì)不同年齡段、不同群體(如運(yùn)動(dòng)員和青少年病人)探索在不同任務(wù)活動(dòng)狀態(tài)下更適宜有效的刺激參數(shù)。

(3)探索與真實(shí)場(chǎng)景結(jié)合的實(shí)驗(yàn)范式，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)效性。目前與提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)相關(guān)的研究主要基于特定的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，未來(lái)如何將小腦tDCS技術(shù)應(yīng)用于真實(shí)場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，幫助運(yùn)動(dòng)員突破現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)能力需要進(jìn)一步探索。

(4)進(jìn)一步驗(yàn)證tDCS對(duì)改善肌肉力量表現(xiàn)的有效性。目前尚未開(kāi)展大范圍的研究探索tDCS對(duì)改善肌肉力量表現(xiàn)的效果，無(wú)法確定tDCS刺激小腦是否可以直接增加肌肉力量。未來(lái)研究需要結(jié)合神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)，探究tDCS刺激小腦對(duì)肌肉力量的影響，分析tDCS刺激小腦期間肌力變化的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制。

(5)探索新技術(shù)延長(zhǎng)tDCS刺激小腦后的積極效應(yīng)。目前tDCS刺激小腦的后效應(yīng)僅持續(xù)1 h左右，未來(lái)需要進(jìn)一步研發(fā)新的無(wú)創(chuàng)腦刺激技術(shù)延長(zhǎng)刺激后效應(yīng)，發(fā)揮無(wú)創(chuàng)腦刺激技術(shù)的效益。