Brain Stimulation|利用双侧顶叶经颅交流电刺激（tACS）研究δ波相位在时间测中的作用

背景：

时间预测就是我们的大脑在处理信息时，能够根据已有的经验和模式，提前判断某件事情发生的时间。这种能力是我们进行各种活动、做出反应和做决策的重要基础。大脑通过神经振荡（尤其是delta波段，1-4 Hz）的相位对齐（phase alignment）预测未来事件的时间，顶叶、感觉区和前额叶构成分布式网络。先前研究（如Daume et al.）发现顶叶delta波段相位一致性（ITPC）与时间预测性能相关，但缺乏因果证据。在单模态（即视觉）和跨模态（即视觉 -触觉）任务设置中均观察到了这种相关性，这表明该过程并非特定于某种模态。因此本研究是就采用，经颅交流电刺激（tACS）特异性调节脑振荡的相位，以验证delta相位的功能。

方法：

研究设计两类任务，共招募59名健康参与者，单模态任务（29人），参与者观察一个匀速移动的白色椭圆，短暂消失后被遮挡物掩盖，需判断其重现时间是否“过早”或“过晚”。tACS以2 Hz频率、6种相位偏移（0°至300°）刺激双侧顶叶皮层，模拟不同脑波相位对预测的影响。跨模态任务（30人），视觉刺激消失后，改为通过手指触觉振动提示重现时间，参与者需跨感官整合信息进行判断。采用相似tACS设置，但优化控制条件以避免干扰。

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图1实验流程设计

(A)单峰实验：在每次试验开始时，屏幕上出现一个白色椭圆，并在消失前向遮光器移动。在1500 ms ± 17至± 467 ms后，刺激再次出现。然后，参与者必须决定刺激是过早还是过晚地再次出现。

(B)交叉模态试验：与单峰实验相似，参与者看到一个白色椭圆向封堵器移动，然后消失在封堵器后面。在1500 ms ± 17到± 467 ms的时间间隔后，参与者接受触觉刺激，发出信号。同样，受试者的任务是识别触觉刺激是过早还是过晚出现。

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图2 实验设计与电场模拟

实验者参与两次HD-tACS实验，以2mA,频率2Hz点交流电作用于左右顶叶皮层。整个实验分为实验组和控制组，实验组：经颅交流电刺激（tACS）间歇性施加4 秒，电流斜坡时间为 500 毫秒，相对于视觉事件设置六种不同的相位延迟（0°、60°、120°、180°、240°、300°）。tACS 以不同相位滞后结束，对齐椭圆消失时刻。控制组：在单模实验中，电刺激在白色椭圆出现的前2s和消失的前1s，施加两个1s的短斜坡刺激。在跨膜实验中，刺激开始时施加1s短斜坡刺激,而不在结束时施加。

结果：

tACS（经颅交流电刺激）如何影响时间预测任务的行为表现？是否存在相位特异性？

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图3通过两个调制测量量化的时间预测性能调制

(A, D) Kullback-Leibler 散度（DKL）：衡量行为表现随相位变化的均匀性。如果 DKL 高，说明行为表现受相位调制的影响较大。 

(B, E) 正弦拟合振幅（Sine Fit Amplitudes）：衡量行为表现随 tACS 相位的周期性变化。如果振幅高，说明 tACS 相位对行为表现的影响较强。 

(C, F) MAX ADJ 方法：用于计算行为表现的最大相位调制强度。在单一模态实验中，tACS 组的DKL、正弦拟合振幅、MAX ADJ 指标 都显著高于对照组，表明tACS确实调制了时间预测能力，且调制效应与相位相关。跨模态实验中，均无显著差异。

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图4 tACS 在单一模态时间预测实验中的相位调制效应，包括个体层面的正弦拟合结果和个体最佳相位滞后的分布。

（A) 4 名被试的正弦拟合曲线（Sine Fits）纵轴：归一化的辨别敏感度（d‘），即受试者在不同相位滞后条件下的时间预测能力。横轴：6 个相位滞后（Phase Lags），代表不同的 tACS 刺激相位。灰色曲线（Control 组）：无 tACS刺激（对照条件）下的时间预测表现。红色曲线（tACS 组）：施加 tACS后的时间预测表现。

（B）展示了所有受试者（N=27）在tACS 和对照条件下的最佳相位滞后分布。

tACS 对单一模态时间预测任务的相位特异性调制效应。实验发现，tACS 组的受试者在时间预测任务中的敏感性d’ 显著高于对照组，但反应偏倚未受影响。tACS 影响表现的方式是相位特异性的，即行为表现随tACS 相位变化，并且个体对相位的敏感性存在差异。研究结果支持低频振荡相位在时间预测中的作用，为理解神经振荡在感知与认知中的功能提供了重要证据，并可能为tACS 在神经调控领域的应用奠定基础。在跨模态（视觉-触觉）时间预测任务中，tACS 并未表现出相位特异性调制效应。与单一模态任务不同，tACS 似乎无法在跨模态任务中增强时间预测能力。

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图5(A) tACS 作用下的相位和频率变化、(B) tACS 不同相位偏移对时间预测的影响

初始状态：如A图模型中的神经振荡器相位随机分布。运动诱发的振荡输入作用后：如B图振荡器相位逐渐趋向于 π（180°），即物体重新出现的时间点。进一步分析发现，初始频率接近输入频率的振荡器，在运动诱发的振荡输入下，其自身振荡频率会调整并趋向输入频率（Fig. 6A, 右下图）。这说明了tACS可能通过相位锁定（phase locking）和频率调节（frequency adjustment）影响神经活动，从而优化时间预测能力。在模型中施加 tACS，并模拟不同相位偏移的情况后，发现时间预测准确率呈现典型的正弦波调制模式（Fig. 6B）tACS 诱导的相位变化 直接影响时间预测的准确性，与实验数据一致。预测准确率的调制效果取决于tACS 相对于运动信号的相位偏移，与实验中的结果类似。这进一步支持了tACS 可能通过相位锁定（phase locking）优化时间预测能力的假设。

讨论：

研究表明，顶叶皮层（parietal cortex） 在时间预测任务中起关键作用。低频 delta 震荡（0.5–3 Hz）已被认为是时间预测的重要神经机制，其主要作用是：1）通过相位重置（phase reset）优化信息采样，提高感知精度。2）与高频节律（如 beta 频段）协同调控，实现跨频率耦合。

过去的研究发现：rTMS 抑制顶叶低频震荡 会导致时间判断能力下降（Alexander et al., 2016）。tDCS 调节顶叶神经活动 可影响持续时间判断（Javadi et al., 2017）。Delta 振荡的相位对时间判断任务的准确性有重要作用（Daume et al., 2017）。

在单一模态vs .跨模态时间预测的比较中，单一模态下tACS 影响了时间预测精度，跨模态下tACS 并未显著调制预测能力。可能原因：（1）跨模态整合增加了任务难度，导致表现波动较大，掩盖了 tACS 效果。（2）跨模态任务涉及不同的大脑区域（如额叶皮层），tACS 仅刺激顶叶，可能不足以调节整个网络。（3）不同频率成分可能参与跨模态预测，例如：视觉预测可能主要依赖 delta 震荡。跨模态预测可能涉及theta（θ）或 beta（β）震荡（如 Alpha-β频段去同步化可作为感知门控机制）。（4）tACS 可能需要个性化调节，例如优化个体化电流强度或刺激频率，以增强效果。