【背景知识】

tDCS技术和tACS技术都属于无创脑刺激技术（non-invasive brain stimulation,NBS），他们都是通过微弱的电流（几mA或几μA）作用于大脑皮层，通过改善大脑连接、升高或降低脑波频率等，达到提高注意力、提高视觉和听觉、改善工作记忆能力等，从而提高学生的听课效率、学习效率，进而提高成绩。

【发展历史】

自从2000年，发现经颅直流电刺激可以通过改变神经元的静息电位，引起运动皮层兴奋性变化后，其在认知功能研究中的应用也越来越受到关注。

如上图所示，从2000年开始，相关研究成果的发表，成几何倍数增长。国内主要有华南理工大学、重庆大学、清华大学、北京师范大学、天津大学等单位，围绕干预装置、认知功能调节作用、神经调控作用机制等课题展开研究。

【tACS技术】

EEG、fMRI 以及脑磁图（Magnetoencephalography, MEG）等成像技术，有效揭示了经颅电刺激对脑功能影响以及作用机制方面。其中，与tACS结合最紧密的是EEG。根据频率的不同，主要分为五个节律：δ、θ、α、β和γ节律。

tACS仪器方案示意图

如上图所示，相比tDCS采用直流电，通过阴极和阳极的干预方式，tACS采用的是交流电，前半个周期内相当于阳极干预，后半个周期相当于阴极干预，tACS不会影响神经元的兴奋阈值。

【提升学习能力对比测试】

德国马格德堡大学的弗兰齐斯卡·罗纳（F Röhner）教授带领的研究团队，针对tDCS和tACS技术，对学习能力（通过工作记忆能力反应）方面的影响，进行了试验。

研究团队招募了30名学生参与试验（男女生各15人），学生平均智商为120.8，所有参与试验的学生，之前都没有接受过tDCS和tACS的干预。

为了保证试验的准确性，所有学生都要完成3次测试，分别是tACS干预、tDCS干预、伪刺激。试验顺序是随机的，每次试验间隔一周，以避免前次试验造成的干扰。

tACS干预方案为：500μA（电流密度 14.28 µA/c㎡）、6赫兹、相位0度，15分钟；

tDCS干预方案：1mA（电流密度为 28.57 µA/c㎡）、15分钟；

伪刺激方案：仅在开始时1分钟给予干预，然后停止。

根据美国国立卫生研究院(National InstitutesofHealth，NIH)的研究，电流密度在25.46A/㎡以下，持续时间<20分钟，均为安全范围，本次试验符合安全标准。

每次试验进行35分钟，第一阶段10分钟，此时进行计算反应时测试（四则混合运算）；第二阶段15分钟，此时进行tDCS、tACS或伪刺激干预，同时进行计算反应时测试；第三阶段10分钟，停止干预，并继续进行计算反应时测试。

tACS干预方案示意图

【试验结果】

如上图所示，A图为计算准确率的变化情况、B图为计算用时变化情况（蓝柱代表干预前、绿色代表干预中、褐色代表干预以后）。可以tDCS、tACS、伪刺激试验，都得到了干预后计算准确率＞干预前、干预后计算用时＜干预前的结果。

为了进一步验证tDCS和tACS的干预效果，研究团队将伪刺激数据刨除，然后随机抽取了10名学生tDCS和tACS数据进行比较，结果如下图所示：

可以看出，tACS（蓝色）干预后，学生的计算用时比tDCS（绿色）更短，说明在提升计算速度方面，tACS要比tDCS优势更明显。

【研究结论】

通过分析试验数据，研究团队得出了tACS和tDCS干预，都可以提高计算准确率、缩短计算用时，tACS在缩短计算用时方面的表现优于tDCS。

【参考文献】

[1]F Röhner, Breitling C , Rufener K S , et al. Modulation of Working Memory Using Transcranial Electrical Stimulation: A Direct Comparison Between TACS and TDCS[J]. Frontiers in Neuroence, 2018, 12.