经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）技术是一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流电（1～2mA）调节大脑皮层神经元活动的技术。tDCS主要由两个不同极性的电极、供电电池设备，以及可设置刺激类型的控制软件构成。刺激方式包括阳极经颅直流电刺激（anode tDCS，atDCS）、阴极经颅直流电刺激（cathode tDCS，ctDCS）和伪刺激。atDCS通常能增强刺激部位神经元的兴奋性，ctDCS则降低刺激部位神经元的兴奋性，伪刺激可作为一种对照刺激。目前tDCS已应用于脑卒中后偏瘫、认知障碍、言语、吞咽障碍、阿尔茨海默病、帕金森病、脊髓损伤、疼痛、癫痫、抑郁症等疾病的治疗中。tDCS作为一种非侵入性的脑刺激技术，具有方便、副作用小、耐受性好等优点。

现阶段认为，tDCS的主要机制之一是它可以改变神经元的静息电位。tDCS不是通过阈上刺激引起神经元放电，而是通过调节神经网络的活性而发挥作用。在神经元水平，tDCS对皮质兴奋性调节的基本机制是利用不同极性的刺激引起静息膜电位超极化或者去极化的改变。研究发现，atDCS作用于初级运动皮质（primary motor cortex，M1）区可增加运动诱发电位的幅度，而ctDCS作用于M1区则降低运动诱发电位的幅度。这说明atDCS可提高皮层的兴奋性，ctDCS可降低皮层的兴奋性。当tDCS的阴极靠近神经细胞胞体或树突时，静息电位会升高，神经元放电减弱，产生超极化，从而抑制细胞的活性；当tDCS的阳极作用于神经细胞的胞体或树突时，神经元放电增强，产生去极化，从而增强细胞的活性。

膜的极化是tDCS刺激后即时效应的主要机制。即时效应也可能是神经元细胞膜功能的某些基本理化机制共同作用的结果。有研究报道tDCS的恒定电场改变了局部pH（依赖于电解相关氢离子浓度变化）及离子浓度（如细胞内Ca ²⁺浓度），这是tDCS非突触作用的基础。

多项研究报道tDCS可调节局部脑血流（regional cerebral blood flow，rCBF）量。atDCS可增加作用于背外侧前额叶皮质（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）相应区域电极下的脑血流灌注，ctDCS可减少作用于M1区相应区域电极下的rCBF。ctDCS在动物实验中亦可诱导长达90min的可逆性rCBF降低，并且血流减低区域并不局限于刺激部位。

tDCS同样可以调节远隔皮及皮质下区域的兴奋性。例如：atDCS作用于M1区可影响有连接的远隔皮质区域的兴奋性变化，即刺激一侧半球M1区不仅影响皮质脊髓环路，而且可以通过抑制性中间神经元调节对侧半球的经胼胝体抑制。

正电子发射计算机断层扫描（positron emission computerized tomography，PET）以及功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）等脑成像技术的发展将大脑研究推进到了功能性连接网络的领域。大脑是一个复杂的网络体系，因此现在越来越多的研究开始着眼于tDCS对皮质内及不同皮质间网络联系的调节作用。利用fMRI发现tDCS对M1区的刺激可增强皮质-皮质间、皮质-皮质下（包括运动前皮质、顶叶、丘脑、尾状核）运动神经网络成分的连接活性。另一项脑电图（electroencephalogram，EEG）研究也得到类似的结论：atDCS作用于M1区，可明显增加刺激侧运动前区、运动区以及感觉运动区的功能性连接，tDCS引起了明显的半球内及半球间的功能连接变化，进一步说明tDCS可诱发脑功能的同步及功能性解剖重构作用。除了运动皮质，前额叶的tDCS也会影响其他网络的活性，atDCS作用于DLPFC可增加DLPFC区域的血流灌注，同时伴有双侧丘脑血流减低，提示tDCS可能参与调节了DLPFC和丘脑间的功能性连接。

tDCS除了即时效应以外，与其功能相关的另一主要效应是后续效应，即在刺激停止之后，刺激作用依然持续一段时间。后续效应的持续时间与电流强度、刺激时间以及刺激次数有关。如果刺激时间持续足够长，刺激结束后皮质兴奋性的改变可持续长达1h。有研究表明tDCS作用20～30min产生的行为效应可持续约90min，5次tDCS产生的行为效应在3个月后依然可检测到。tDCS的后续效应与其影响神经元之间的突触连接功能、改变突触可塑性有关。近些年来发现多种神经递质都参与tDCS诱导的后续效应，其中谷氨酸系统最为突出，当介导突触可塑性变化的N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受体被拮抗剂阻断后，tDCS的后续效应消失。多巴胺系统也参与tDCS介导的可塑性变化，特别是与D1/D5比例和D2/D3/D4比例相关。最近还发现，激活5-羟色胺系统可以延长atDCS作用的后续效应，并逆转ctDCS的抑制作用，而转变成兴奋性作用。

皮层内突触的活动是产生tDCS的后续效应之一，如NMDA受体在突触水平对长时程增强（long-term potentiation，LTP）过程的介导。LTP是学习、记忆过程中最重要的神经生理学机制，对突触间连接起着持久的功能性促进作用。而有研究也表明tDCS在突触水平的参与不只涉及NMDA这种谷氨酰能蛋白，可能还有γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）。atDCS的调节作用能够降低抑制性递质GABA的局部水平，GABA的浓度与学习能力有关，因此tDCS提高学习和认知能力的作用可能与其调节GABA的浓度有关。

tDCS通过调节神经递质浓度，改变皮质兴奋/抑制（excitation/inhibition，E/I）性递质比值，从而诱导出可介导皮质重组的LTP过程的发生。这里的神经递质主要指兴奋性递质谷氨酸及抑制性递质GABA，磁共振波谱研究显示，atDCS可减少GABA的局部浓度，而ctDCS则可降低谷氨酸水平。在精神分裂症、孤独症等神经精神疾患中已发现其局部GABA浓度的异常。

综上所述，tDCS的作用机制涉及多种神经递质和各种不同维度的神经活动。然而，是否有特异性的作用机制解释tDCS的作用，具体哪些是主导的、关键的机制，而哪些又是随从变化的、次要的机制，这些问题还有待进一步探讨。

tDCS的安全参数：电流强度1.0～2.0mA，电流密度≤0.05mA/cm ²，电极面积35cm ²以内，刺激时间30min以内。

刺激电流强度不变的情况下，增大或减小电极片面积，可相应地减小或增大电流密度。tDCS常用刺激电极的面积为20～35cm ²，较大的电极片有利于减小电流密度、增加安全性、刺激较多的大脑皮质，但是聚焦性和精确性也相对较差，因此限制其作为科学研究的手段。对于电极片大小的选择，有研究认为减小电极面积为常用电极片面积的1/3可增强刺激效果，其原因可能是大电极对作用中心区周边部位的刺激可能对作用中心产生了抑制效果。

治疗时作用电极放在刺激的皮质区域的颅骨上方，参考电极放在对侧的眶上缘、肩上或颅外的其他部位，以保证两个电极之间相互干扰最小。也有治疗是将阳极和阴极电极同时作为作用电极。

tDCS的电极放置可参考国际脑电图10-20标准定位系统进行定位。下面罗列几种常见疾病的电极放置，当然关于这些疾病的最佳刺激靶点还有待进一步研究。

作用电极（阳极）放置于疼痛侧对侧M1区。

对于运动功能障碍，作用电极（阳极）放置于M1区；对于认知功能障碍，作用电极（阳极）放置在左侧DLPFC。

阳极电极放置于损伤侧M1区，阴极电极放置于对侧眶上或非损伤侧M1区。

作用电极（阳极）放置在左侧额下回/Broca区。

作用电极（阳极）放置于患侧吞咽皮质，阴极电极放置于对侧肩部。

阴极电极放置在癫痫灶上。

阳极电极放置在左侧DLPFC，阴极电极放置在右侧DLPFC或右侧眶额皮层。

作用电极（阳极）放置在左侧DLPFC或颞叶。

作用电极（阳极）放置在颞顶皮层。

作用电极（阳极）放置在左侧DLPFC；也有将阳极电极放置在左侧DLPFC，而阴极电极放置在右侧DLPFC。

阳极电极放置在左侧DLPFC，阴极电极放置在左侧颞顶叶交叉处。

目前推荐的电流强度安全范围是1～2mA，临床应用以2mA居多。当然还要考虑电流密度的问题，电流密度的安全范围是≤0.05mA/cm ²。治疗时要根据患者的感觉调整电流大小，当患者不能耐受时，先下调治疗强度，待患者适应后，再往上调。一般认为，电流强度较低（<1mA），效果不明显；而强度过大，也可能产生相反的效果。

电流强度不变的情况下，增大或减小电极片面积，可相应地减小或增大电流密度。常用的电极面积为20～35cm ²，较大的电极片有利于减小电流密度，增加安全性，刺激较多的大脑皮质，但是聚焦性和精确性也相对较差。

一般认为，作用时间越长，后效应越长。Monte-Silva等发现对健康人进行9min ctDCS能降低皮质的兴奋性，后效应达60min；进行18min ctDCS，后效应则长达90min。也有研究发现延长治疗时间反而会产生相反的效果，对健康人进行13min atDCS可增加皮质的兴奋性，但将时间延长至26min时，却起到了降低皮质兴奋性的作用。刺激时间过长可能引起神经适应，导致神经兴奋水平降低。延长刺激时间的安全性和耐受性问题仍需要进一步的探索，目前常用的治疗时间是10～20min。

1. 制订治疗方案，根据患者的病情，确定疗程、治疗部位。

2. 检查设备连接情况、开机示意（图2-6）。

3. 制定刺激参数，确定治疗时间、刺激电流、缓升缓降时间等（图2-7）。

4. 治疗前清洁治疗部位，嘱咐患者洗澡、洗头，如果治疗部位有油脂，应用医用酒精进行脱脂和清洁（图2-8）。

5. 安放电极前的准备

（1）制备饱和盐水：为了更好地降低电极的接触阻抗，推荐使用饱和盐水浸泡衬垫。饱和盐水制备方法：在洁净的盆中盛入适量的温开水后，缓慢倒入食盐，边倒边搅拌，直至盆底有少量食盐不能再被溶化为止。

（2）湿润衬垫（图2-9）：将衬垫用饱和盐水浸泡后拧干（不要拧太干：用手稍用力捏紧衬垫，以不再滴水为宜）。厚度适宜、充分湿润后的电极衬垫，可有效避免电极下的刺痛感、热灼伤等现象。衬垫越厚、吸附液体的效果越好，防护效果也越好。

6. 安放电极（图2-10）

（1）根据治疗目的将参考电极放置在对侧肩部、眶上缘或对侧脑区等部位。

（2）需要在患者头部留发处安放电极时，由于头发不利于导电，应尽量拨开安放电极部位的头发，尽量多露出皮肤，以利于降低电极的接触阻抗。

（3）在治疗部位先放置湿润后的衬垫，再将电极片的导电面（黑色面）放置在衬垫上，使电极片导电面的四个边缘均处于衬垫之内。如果电极片放在布套内，应确认电极的导电面朝向患者。

（4）电极片和衬垫放好后，应进行固定，使电极和患者皮肤之间保持良好的接触，防止在治疗过程中电极发生移位。可使用绑带进行固定，固定时，绑带应完全覆盖电极片和衬垫，在患者可承受的范围内，绑带应尽量压紧电极。不建议使用胶布固定电极。

7. 开启输出按钮，实施治疗（图2-11）。根据患者耐受程度调节电流大小，当患者不能耐受时，先下调治疗强度，待患者适应后，再往上调，一次刺激时间建议为10～20min。

8. 治疗完成后，检查患者皮肤情况，询问患者是否存在不良反应。

9. 用清水冲洗电极片、衬垫，以去除前次治疗后的残余物。如需消毒，可用“84消毒液”清洗，最后再用清水清洗掉“84消毒液”；或者将其浸泡在2%的戊二醛溶液或10%的次氯酸钠水溶液中，之后用清水冲洗、晒干。

1. 整个治疗过程，操作人员不应离开，患者如有不适（强烈刺痛或出现电击反应等）、接触电阻变大或接触不良时，应立即停止治疗，请专业人员对电极片、电极线和刺激仪进行检测。

2. 在治疗的过程中应尽量保证电极不发生移位，避免造成灼伤。

3. 为防止灼伤患者，要根据电流强度和电极面积测算电流密度，确保不超过电流密度的安全范围。较大面积的电极通常能使患者治疗更舒适。使用带导电黏胶片的导电电极，在电极片下使用饱和盐水浸泡的衬垫，均有助于避免电灼伤。

4. 电池电量不足时应及时充电。

5. 治疗前应与患者充分沟通，告知治疗时的反应，可能发生一些轻微的皮肤反应（如皮肤发痒、刺痛、被叮感等）、疲劳感、头痛、恶心等，如治疗结束后不缓解可以降低治疗强度、减少治疗时间或停止治疗。

6. 平时应做好对电极片、电极线和刺激仪、衬垫、绑带的维护，治疗前要再次检查。

7. tDCS设备不能和高频设备在同一个房间同时使用，以免受到高频电磁波的干扰发生危险或损坏设备。

tDCS的临床应用包括脑卒中后运动、认知、言语、吞咽障碍、阿尔茨海默病、帕金森病、脊髓损伤、疼痛、癫痫、抑郁症、失眠、焦虑症、孤独症、耳鸣等。下面罗列几种目前临床使用tDCS治疗的疾病。

近十年来，国内外对tDCS的研究表明，其可能有利于脑卒中患者的运动功能恢复。脑卒中后患者的双侧大脑半球的神经网络失衡，两侧大脑半球间的相互抑制状态也遭到破坏。为了达到新的平衡状态，可利用atDCS提高损伤侧大脑半球的神经活性，或利用ctDCS则降低未损伤侧半球的神经活性，从而促进运动功能的恢复。

meta分析显示，atDCS作用于脑卒中患者损伤侧上肢M1区，虽然对患手握力、捏力以及日常生活活动（ADL）能力的改善无显著性意义，但却能在一定程度上提高患手灵活性。ctDCS作用于未损伤侧半球的M1区可以促进患侧手功能的恢复。可能的机制是ctDCS作用于未损伤侧的大脑半球，可抑制局部大脑皮质的活性，使受损半球从过度抑制中解放出来，从而促进手功能的恢复。

ctDCS作用于损伤侧M1区对肢体痉挛有缓解作用，可能的机制是在脑卒中恢复期，损伤侧大脑半球存在过度激活，使中枢抑制系统和易化系统出现失衡，而ctDCS可抑制损伤侧M1区的过度激活，从而改变这种失衡状态，抑制损伤侧肢体痉挛。但是否单纯依靠这种刺激方式能达到长久的效应，还需进一步研究。

近年来，通过atDCS或ctDCS作用于不同语言区，可以对失语症的图命名、听理解、阅读及书写产生不同的影响。

Broca区在语言加工中起到重要作用，研究结果显示，atDCS作用于左额颞区、病灶周围能够提高图命名能力。atDCS作用于结构完整的左额叶结合言语治疗能显著改善失语症患者的命名准确性。为了确保作用电极放置在结构完整的左额叶，可结合fMRI检查，找到正确命名时左额叶最高激活的区域。此外，左侧Broca区的atDCS与右侧Broca镜像区的ctDCS均可改善患者的图命名能力。尽管一些研究显示tDCS可以促进失语症患者的命名能力，但对听理解作用的研究较少。有研究表明，ctDCS作用于右侧Broca镜像区比atDCS作用于左侧Broca区可以更好地促进听理解恢复。也有研究表明卒中后2～3个月，ctDCS抑制右侧颞上区较atDCS兴奋左侧颞上区可以更好地促进听理解恢复。另外，应用atDCS提高左颞后部皮质兴奋性可以提高失读症患者的朗读能力。

阿尔茨海默病主要是以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的中枢神经系统退行性病变，临床上主要以记忆认知障碍、失语、性格改变为主要表现。近年研究报道：应用atDCS作用于左侧DLPFC可以改善阿尔茨海默病患者的认知记忆功能；应用atDCS作用于左侧DLPFC也可提高脑卒中患者的认知功能。可能和atDCS提高DLPFC的兴奋性及rCBF有关。

癫痫是由于多种原因导致的脑部神经元异常放电的疾病，临床主要表现为发作性、重复性、短暂性等特点。研究显示，对因皮层发育不良引起的局灶性癫痫而又对癫痫药物有抗药性的患者，采用ctDCS作用于疑似癫痫区域能降低癫痫样活动。此外，ctDCS作用于感觉运动皮层也可抑制癫痫发作，改善其引起的认知功能障碍。长期的小剂量ctDCS可减少癫痫持续状态，也可治疗癫痫持续状态的认知功能损伤，起到神经保护作用。tDCS作为一种降低局灶性癫痫惊厥的手段是有效的，但至今还未有人研究刺激方案是否会对癫痫发作频率有影响。

抑郁症是以情绪低落、思维迟缓以及言语减少等为症状的一种神经症。研究发现tDCS可以作为一种治疗抑郁症的辅助方法，atDCS作用于左侧DLPFC同时ctDCS作用于右侧DLPFC，可以明显改善抑郁症患者的情绪。前额叶tDCS增强了对鉴别积极情绪视觉材料的准确性，这为前额叶tDCS可能改善由警觉性产生的抑郁症状提供了证据。

tDCS的电流可能会干扰仪器的工作，造成危险。

tDCS的电流有可能会造成金属局部的温度升高。

其他禁忌证基本同直流电刺激：高热、出血倾向、颅内高压等生命体征不稳、电极安放处有恶性肿瘤、急性化脓性炎症、急性湿疹、广泛或严重皮损、对直流电过敏者等。

1. 儿童。

2. 癫痫患者及服用抗癫痫药物者（进行癫痫的tDCS治疗除外）。

3. 刺激区域有痛觉过敏的患者。

tDCS对患者心率、血压、呼吸、脑电和脑组织一般无近期和远期的影响，但因患者健康状况、人体差异及某些不可预见的因素，在治疗过程中极少数患者可能会出现以下不良反应：

1. 刺激局部皮肤轻微的疼痛或灼热、发麻感；头晕，疲劳感。

2. 刺激局部皮肤灼伤、接触性皮炎。

3. 轻度躁狂。

患者李某，女性，74岁。因“车祸后外伤意识不清4个月余”收入院，头颅MRI示多发弥漫性轴索损害。

脑外伤。

患者有睡眠觉醒周期、听觉追踪和痛觉定位，但是没有视觉追踪和高级情感反应，昏迷恢复量表（CRS-R）评分：9分。

意识障碍，长期卧床并发症。

促醒，预防长期卧床并发症。

应用阳极tDCS放置于左侧DLPFC，阴极放置于右侧眶上，电极片面积是35cm ²，电流强度是2mA，20min/次，2次/d，共治疗2周。整个治疗过程，操作人员不应离开，患者如有刺痛感明显难以耐受可以降低刺激强度或停止治疗。