結合功能性認知、生理訊號與數據模型探討大腦電刺激反應之個體差異(1/4)

經顱電刺激用於調節人類的大腦神經活動，近年來已在基礎與臨床研究領域中成為廣泛使用的研究工具。電刺激使用微量的電流從頭皮位置刺激大腦皮層，並提供直流電（tDCS），交流電（tACS）和隨機交流電（tRNS）等電刺激參數。由於電刺激具備方向性、非侵入性、方便攜帶性、提供雙盲實驗設計、價格相對便宜等特性。截至2020年，電刺激相關研究發表全球已增至超過100,000篇期刊論文和14,000項專利。但儘管電刺激具備上述之優勢，至今美國食品藥物管理局（FDA）仍尚未批准電刺激用於治療任何類型的神經系統疾病和精神疾病（而經顱電刺激(TMS)已獲得FDA批准用於治療難治性抑鬱症）。在認知神經科學研究領域，由於個體差異（即參與者對腦刺激的反應能力）所引起的高度變異性，使得許多電刺激的研究發現都難以被重複驗證。這種變異性似乎並非來自單一因素，似乎是多年來許多研究獨立報告的多種因素的複雜相互作用。電刺激研究的主要挑戰源自於：大腦電刺激反應的個體差異性。目前已有部份研究發現某些因素以及它們之間的交互作用，可能會影響不同實驗參與者對電刺激的反應。這些因素包含：1）實驗參與者的認知功能表現； 2）認知作業困難度及認知作業所需之認知需求； 3）電刺激參數設定，例如頻率、相位和電極距離之間的相互作用； 4）不同大腦區域之間的功能性連接； 5）大腦解剖構造的顱骨厚度和密度影響電流傳導等因素。 為了克服上述電刺激研究挑戰，本研究透過全面性的研究方法釐清這些困難，並建立數據模型，包含每位參與者對於大腦電刺激反應的預測信息。我們將：1）使用三個廣泛使用的認知作業評估個人認知作業表現，2）使用三種作業難度來闡明認知負荷和大腦電刺激反應之間的相互作用，3）使用三種電刺激技術和二個電極位置釐清各種電刺激參數設定方案的歧異； 4）使用大腦電刺激前後的腦波靜息狀態來研究大腦區域間腦波的一致性、和區域間的功能連接性； 5）將顱骨厚度和密度的解剖學測量納入數據模型； 6）使用基於腦波訊號複雜度的“反應性”，開發出一種新的腦波反應性標記，最後7）建立大腦電刺激反應性之個體差異的數據模型。本研究計劃將取代認知神經科學領域先前的研究，先前的研究僅分別檢驗單一因素。重要的是，我們相信透過本計劃研究成果將為未來的研究開闢一條明確的道路，以開發個性化的電刺激方案，並最大化每個人對於大腦電刺激的反應，並提高大腦的的反應率。