非侵入性脑刺激和太空探索.pdf

非侵入性脑刺激和太空探索美国国家航空航天局NASA正在准备针对月球和火星进行更长时间的太空任务，由于银河宇宙辐射、非自然重力场和极端环境对生命带来的威胁，宇航员的健康和表现正成为一个核心问题。在太空中，人脑经历了与液体漂移和颅内压力相关的功能和结构变化。行为异常，如认知缺陷，睡眠障碍，视觉运动障碍，以及心理影响是令人担忧的问题。本文讨论了非侵入性脑刺激(NiBS)在太空探索中的机遇和挑战，包括经颅磁刺激(TMS)和经颅电刺激(tES)。本文发表在NeuroscienceandBiobehavioralReviews。非侵入性脑刺激正在多个领域成为重要的脑神经调控措施，思影科技曾解读过多篇相关文献，可点经颅电刺激对生理和病理衰老过程中情景记忆的影响TheNeuroscientist：整合TMS、EEG和MRI——研究大脑连接性皮质成对关联刺激决策反应抑制：皮质-皮质间和皮质-皮质下网络我们是如何感知行动的影响的？—关于中介感的任务态fMRI研究使用刺激设备在神经回路调控层面对精神疾病进行治疗AJP：基于环路神经调节的症状特异性治疗靶点CURRENTBIOLOGY:θ和α振荡在工作记忆控制中作用的因果证据BRAIN：TMS-EEG研究：大脑反应为卒中后的运动恢复提供个体化数据皮质运动兴奋性不受中央区mu节律相位的调节TMS–EEG联合分析在人类大脑皮层连接组探索中的贡献人类连接体的个体化扰动揭示了与认知相关的可复现的网络动态生物标记物重复经颅磁刺激产生抗抑郁效果的基础：全脑功能连接与与局部兴奋度变化Scienceadvances：非侵入性脑刺激技术的生理效应在整个皮层区实时EEG触发的TMS对抑郁症患者左背外侧前额叶皮层进行脑振荡同步刺激经颅直流电刺激对双相情感障碍患者奖赏回路的影响运动皮层同步对先兆亨廷顿病患者运动功能节律性Nature子刊：卒中的可塑性调控:一种新的神经功能恢复模型对PTSD和MDD共病患者的TMS临床治疗反应的脑网络机制的探索创伤后应激障碍（PTSD）的功能连接神经生物标记MDD患者rTMS治疗与亚属扣带回（SGC）亢进的关系精神分裂症在感觉运动控制，皮层兴奋性中缺损的注意调控AJP:经颅磁结合脑网络研究：精神分裂症的小脑-前额叶网络连接经颅交流电刺激（tACS）有助于老年人工老年人工作记忆的恢复深部经颅磁刺激促进肥胖症患者减肥TMS+EEG研究：右侧额下回对复杂行为的实现至关重要BiologicalPsychiatry:经颅磁刺激前额皮层增强人类恐惧记忆的消退JAMAPsychiatry：经颅直流电刺激背外侧前额叶减少特质焦虑个对威胁刺激的反应tACS结合EEG研究:创造力的神经机制任务态fMRI研究：TMS刺激选择性改变情景记忆网络的功能阅读训练和经颅直流电刺激可以提高中央型失语症人群的阅读能力重度抑郁患者DLPFC抑制和兴奋的TMS-EEG标记物脑电结合经颅刺激研究：躯体感觉皮层在亲社会行为中的因果作用AJP:使用ASL灌注导向的经颅磁刺激治疗强迫症NEJM:WavingHellotoNoninvasiveDeep-BrainStimulation利用健康大脑的经颅磁刺激识别能够预测中风后语言能力是否异常1前言太空飞行的平均时间已经从几天增加到几个月，即将到来的第一次火星着陆(2034年)预计需要两年，而2024年将有约30/60天的登月计划。空间探索涉及多种应激源，从影响人类生理的微重力和宇宙辐射，到与生活在有限和孤立的环境中影响情绪和认知的有关应激源。因此，在探月任务(类似于火星任务)和地面研究期间，需要评估急性和长期的健康后果，并研究潜在对策。对于宇航员来说，需要优化认知表现以应对意外情况。在过去的20年里，人们在动物模型中研究了不同的认知任务和相关的大脑区域对辐射暴露的反应，主要涉及内侧前额叶皮质(mPFC)和海马体，与情景记忆和空间记忆有关。认知缺陷似乎是由于暴露于与空间相关的带电粒子流而导致的树突复杂性和棘突密度的降低导致的。另一方面，由于运动皮质的重组，微重力似乎与运动障碍有关。生活在与世隔绝的、受限的和极端的(ICE)环境中造成的长期压力，也会导致抑郁状态和焦虑，并与异常睡眠模式和食欲丧失相关。此外，认知和大脑的变化似乎是由于太空舱中二氧化碳增加而出现的。目前提出的解决方案主要针对航天器设计层面，以缓解某些应激源，如在航天器壁上安装厚防护罩，以最大限度地减少辐射，设计旋转的舱室产生人工引力场，以减轻微重力的影响。但采取直接针对人体生理并与之相互作用的解决方案可以更多地保护宇航员的健康。在各种NiBS技术中，经颅磁刺激(TMS)和经颅电刺激(tES)可能是太空飞行风险的有效解决方案(图1)。TMS的安全性和有效性已获得食品和药物管理局(FDA)的批准，用于治疗耐药抑郁症、强迫症和偏头痛。T