经颅直流电刺激（tDCS）作为一种非侵入性脑刺激技术，近年来在神经科学研究和临床应用中备受关注。本文综述了tDCS对青少年、老年人以及精神疾病患者的生物学影响，重点探讨了其在不同人群中的电流分布特点、神经生理效应以及潜在的临床应用价值。通过对相关研究的分析，揭示了tDCS在调节大脑功能、改善认知和情绪障碍方面的潜力，并强调了个体化刺激参数的重要性。

一、引言

tDCS通过在头皮放置电极施加低强度直流电，能够调节大脑皮质的兴奋性。其效果具有极性依赖性，阳极刺激通常增强神经元兴奋性，而阴极刺激则起到抑制作用。tDCS的生物学机制涉及神经元膜电位的改变、神经递质释放的调节以及神经可塑性的变化。随着研究的深入，tDCS在多种神经系统疾病和精神疾病治疗中的应用前景逐渐显现。

二、tDCS对青少年的生物学影响

（一）大脑发育与tDCS效应

青少年时期大脑处于快速发育阶段，神经可塑性强。研究表明，tDCS对青少年大脑的兴奋性调节作用可能更为显著。例如，在运动皮质的研究中发现，青少年对tDCS诱导的神经可塑性变化更为敏感，表现为运动诱发电位（MEP）幅度的增加更为明显。

（二）认知功能的调节

tDCS能够改善青少年的认知功能，如注意力、记忆力和执行功能。一项针对健康青少年的研究显示，阳极tDCS刺激背外侧前额叶皮层（DLPFC）可以显著提高工作记忆任务的正确率和反应速度。这可能与tDCS增强大脑前额叶区域的神经活动，促进神经网络的高效连接有关。

（三）情绪调节与心理健康

青少年时期是情绪调节能力发展的重要阶段。tDCS对情绪相关脑区（如前扣带回、杏仁核）的调节作用可能有助于改善青少年的情绪状态。研究发现，tDCS刺激DLPFC能够减少青少年的焦虑和抑郁症状，可能通过调节神经递质（如血清素、多巴胺）的释放实现。

三、tDCS对老年人的生物学影响

（一）脑萎缩与电流分布变化

随着年龄增长，大脑出现萎缩现象，脑脊液（CSF）体积增加，灰质（GM）和白质（WM）体积减少。这些解剖结构的变化会影响tDCS电流在大脑中的分布。研究表明，老年人在接收tDCS刺激时，电流更容易集中在脑萎缩区域，导致目标脑区的电流密度降低。然而，女性老年人在某些脑区（如下壁叶IPL和额中回MFG）接收到的模拟tDCS电流可能高于男性老年人，这与性别相关的脑萎缩模式差异有关。

（二）认知功能的改善

tDCS在改善老年人认知衰退方面展现出潜力。刺激DLPFC和顶叶皮层可以提高老年人的工作记忆、注意力和执行功能。例如，一项研究发现，经过多次阳极tDCS刺激DLPFC后，老年人在 episodic memory 任务中的表现显著提升。这可能与tDCS增强大脑神经可塑性，促进神经网络的重塑有关。

（三）神经保护作用

tDCS可能对老年人大脑具有神经保护作用。动物实验表明，长期tDCS刺激可以增加大脑中神经营养因子（如BDNF）的表达，促进神经细胞的生存和再生。此外，tDCS还可能通过调节炎症反应和氧化应激水平，减缓大脑衰老过程。

四、tDCS对精神疾病患者的生物学影响

（一）抑郁症

抑郁症患者常表现出前额叶皮层功能低下和杏仁核活动过度。tDCS刺激DLPFC能够调节这些脑区的活动，改善抑郁症状。多项研究表明，阳极tDCS刺激左侧DLPFC combined with阴极刺激右侧DLPFC可以显著降低抑郁患者的 Hamilton 抑郁量表（HAMD）得分。其机制可能与增加前额叶皮层的谷氨酸能神经传递、调节血清素系统功能以及促进神经可塑性修复有关。

（二）精神分裂症

精神分裂症患者的认知功能和社会功能往往受到严重影响。tDCS在改善精神分裂症患者的认知缺损方面显示出一定的效果。例如，刺激DLPFC可以提高患者的词语记忆和工作记忆能力。此外，tDCS还可能通过调节多巴胺系统的活动，减轻精神病性症状，如幻觉和妄想。

（三）焦虑障碍

对于焦虑障碍患者，tDCS能够调节大脑的情绪处理网络，降低焦虑水平。研究发现，刺激眶额叶皮层（OFC）和前扣带回皮层（ACC）可以减少焦虑患者的主观焦虑体验和生理焦虑反应。这可能与tDCS调节杏仁核与前额叶皮层之间的功能连接，增强大脑对情绪信息的调控能力有关。

五、个体化刺激参数的重要性

由于不同个体在年龄、性别、大脑解剖结构等方面存在差异，tDCS的生物学效应也具有显著的个体变异性。因此，制定个体化的刺激参数至关重要。例如，对于老年人和女性患者，可能需要适当增加刺激强度或调整电极放置位置，以确保达到足够的电流密度。同时，考虑到个体的神经生理状态（如脑电活动、神经递质水平），可以进一步优化tDCS的刺激方案，提高治疗效果并减少不良反应。

六、结论

tDCS作为一种非侵入性脑刺激技术，在调节青少年、老年人以及精神疾病患者的大脑功能方面展现出良好的应用前景。通过影响大脑的神经可塑性、神经递质系统和神经网络活动，tDCS能够改善认知功能、情绪状态和临床症状。然而，为了更好地发挥tDCS的治疗作用，未来的研究需要进一步深入探讨其生物学机制，优化刺激参数，并结合个体化的评估方法，为不同人群提供精准的治疗方案

参考资料

Sex Difference in tDCS Current Mediated by Changes in Cortical Anatomy: A Study across Young, Middle and Older adults

图注说明

（a）脑扭矩计算示意图（详见 Xiang et al., 2019）展示了大脑左右半球在不同平面的位移测量方法。具体来说，前后位移是指左右脑半球的左、右额叶和枕叶极点在XZ平面两个极点之间的距离。而前后瓣状位移则是指左右脑半球的额叶和枕叶极点沿XY平面的位移。图中X、Y和Z轴分别用红色、绿色和黄色表示，位移测量值则用蓝色标识。此外，图中还展示了弯曲角度的计算方式：蓝色平面代表大脑额叶和枕叶区内侧表面顶点的拟合最小二乘平面，黄色平面表示x=0处的正中矢状面，弯曲度即为这两个平面法线（分别为蓝色和红色）之间的夹角。

（B）大脑尺寸的测量结果显示为一个封闭的平行六面体，其边缘与MNI坐标系平行，以此来量化大脑的尺寸特征。

上图A-F展示了青年、中年和老年组男性和女性在顶叶蒙太奇CP5_CZ配置下的平均电流密度（CD）空间分布，以三列形式呈现。i-SATA输出显示了大脑前10%区域的平均CD（单位：mA/m²），其中目标感兴趣区域“左下顶小叶（IPL）”以粉红色标识。（G）部分展示了三个年龄组中男性和女性在目标区域“左下顶小叶（IPL）”（w-target，粉红色柱状条）的电流差异。（H）部分提供了电场刺激示例，ROAST输出以V/m为单位，展示了阳极位于CP5、阴极位于CZ，电极尺寸为5×5 cm²，注入电流为2mA时的电场分布情况。

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