其中包括非侵入式脑刺激技术:该术语涵盖了一系列无需手术或植入物即可从外部非侵入性地影响大脑功能的技术。其中一种特别有前景的技术是阳极经颅直流电刺激(atDCS),它通过头皮电极输送恒定低强度电流来调节神经元活动。
然而,针对atDCS的研究结果存在不一致性,这促使研究人员探索为何部分人群能从atDCS获益而其他人则无反应。问题似乎源于我们对影响脑刺激反应性因素的理解不足,从而产生响应者与非响应者;其中年龄被认为是重要影响因素之一。
部分研究表明基线行为能力和既往训练等其他因素也可能产生重要影响,但这些因素与行为的相互作用尚未得到详细界定,这表明需要建立更精确的atDCS效应预测模型。
目前,由洛桑联邦理工学院(EPFL)的Friedhelm Hummel领导的科学家团队发现了一个影响个体atDCS反应性的关键因素。该团队研究了先天学习能力如何决定学习运动任务时施加脑刺激的效果。他们的研究结果表明,学习机制效率较低的个体能从刺激中获得更大收益,而采用最优学习策略的个体则可能产生负面效应。
研究人员招募了40名参与者:20名中年组(50-65岁)和20名老年组(65岁以上)。每组进一步分为接受真实atDCS刺激组和接受安慰剂刺激组。
在十天周期内,参与者居家进行旨在研究运动序列学习的手指敲击任务,同时接受atDCS刺激。该任务要求用键盘尽可能快速准确地复现数字序列。
团队随后采用基于公共数据集训练的机器学习模型,根据参与者初始表现将其分类为"最优"或"次优"学习者。该模型旨在通过受训早期任务信息整合效率预测哪些人能从atDCS中获益。
研究发现,在学习初期任务内化效率较低的次优学习者在接受atDCS后执行任务时,其操作准确度呈现出加速提升趋势。该效应不受特定年龄(如老年人)限制,在年轻群体中也发现了次优学习者。
与之相反,采用最优学习策略的参与者(无论年龄)在接受atDCS时甚至表现出操作效能下降趋势。这种差异表明脑刺激对初期运动任务困难者更具效益。因此,atDCS似乎具备修复性而非增强性特质,这对康复治疗具有重要启示。
"通过综合利用机器学习中的不同方法,我们成功解开了各类因素对脑刺激个体化效应的影响,"研究第一作者Pablo Maceira表示,"这将为最大化个体受试者及患者的脑刺激效果开辟道路。"
该研究暗示,从长远看,个性化脑刺激方案将基于个体特定需求(而非年龄等共性特征)进行开发以实现效益最大化。这种方法有望催生更有效的脑刺激干预措施,精准靶向支持学习的特定机制,尤其对于以重拾脑损伤(如中风或创伤性脑损伤)后丧失技能为核心的神经康复领域意义重大。
Hummel指出:"未来临床医生可应用我们算法的进阶版本,预判患者能否从脑刺激疗法中获益,从而强化神经康复效果并实现治疗个性化。"
Story Source:
Materialsprovided byEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Original written by Nik Papageorgiou. The original text of this story is licensed under Creative Commons CC BY-SA 4.0.Note: Content may be edited for style and length.
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