经颅直流电刺激（tDCS）是一种无创脑刺激的方式，是治疗抑郁症很有前景的方法。最近的研究表明，tDCS的疗效可以通过同步的认知-情绪训练（CET）来增强。然而，与这种联合干预相关的神经生理学变化仍有待阐明。因此，我们使用脑电图（EEG）检测了tDCS联合CET的作用效果。共有20名难治性抑郁症患者参加了这项开放性研究，并在6周的时间里接受了18次tDCS和CET并发治疗。在基线状态下（BASELINE）和疗程后（POST）立即获取3-back工作记忆任务中的静息状态和任务相关EEG。

结果显示，在干预后，情绪和工作记忆的准确性有所改善，但反应时间没有变化。我们没有发现干预对静息状态功率谱密度（额叶θ波和α波不对称）、时频功率（阿尔法事件相关去同步和θ事件相关同步）或事件相关电位（P2和P3）的显著影响。因此，尽管认知训练对工作记忆准确性的情绪和近迁移效应有显著改善，但我们只发现少量与tDCS和CET联合治疗有关神经生理学改变的证据。在进一步的研究中加入一个假对照组来确定干预的神经生理学效应可能是必要的。

重度抑郁障碍（MDD）是一种使人衰弱的精神疾病，一生的患病率为12%-20%。经颅直流电刺激(tDCS)是一种温和的、无创性的脑刺激方法，在治疗抑郁症方面显示出良好的治疗潜力。然而，最近一项大型对照实验的结果表明，单独给予tDCS的抗抑郁疗效是适中的，提高了改善经颅直流电刺激临床结果研究的需求。将tDCS与同步认知训练（例如认知情绪训练，旨在激活与认知控制和情绪处理相关的大脑区域）相结合似乎是进一步提高治疗效果有前景的方法。这种新型联合干预改善情绪的神经通路尚不清楚。通过对该方法相关神经生理学变化的研究，揭示了该方法的作用机制，为进一步加大该疗法奠定基础。虽然研究表明，经颅直流电刺激通常是治疗重度抑郁症的有效方法，但难治性抑郁症的治疗结果似乎并不乐观。事实上，一项对个体患者数据的荟萃分析发现，tDCS疗效降低与难治性有关。

为了提高难治性抑郁症患者的治疗效果，一些实验将tDCS与认知训练相结合。有人提出，tDCS与正在进行的神经元活动相互作用，以提高活化区域内的突触可塑性。因此，在经颅直流电刺激过程中行为任务的管理可用于预激活相关皮层区域，并通过改善刺激的功能特异性来增强经颅直流电刺激的神经调节潜能。

认知情绪训练（CET）是一种计算机化的认知训练形式，旨在激活MDD认知和情绪处理回路来治疗抑郁症状。具体来说，它涉及使用情绪工作记忆范式的训练，目的是同时激活认知控制和情感网络的大脑区域，以改善情绪调节。然而，与这种干预相关的神经的生理学变化仍有待阐明。确定这些变化可以提供对潜在抗抑郁反应的机制及个体间预测因子的深入了解，这些因子可以协助靶向治疗更长远的发展。

脑电图（EEG）能够对大脑活动进行非侵入性评估，并已被用于进一步了解与抗抑郁药反应有关的功能变化。鉴于对经颅直流电刺激（tDCS）在脑电图上结果的累积效应研究匮乏，我们调查了几种脑电图测量方法，这些方法在更广泛的抑郁症和工作记忆文献中有所体现。静息状态下采集的脑电图标记可以提供与抑郁症症状严重程度相关的有价值的信息。额叶α波不对称（左侧前额叶皮层的α功率高于右侧前额叶皮层的α功率）与抑郁评分呈负相关。虽然最近的研究质疑了额叶α不对称作为抑郁症生物标志物的诊断价值，但α不对称与女性对抗抑郁药物的反应有关，因此可能有一定的预示价值。由于经颅直流电刺激（tDCS）和CET联合干预同时涉及刺激和激活左侧前额叶区域，因此这一措施可能还可能额外显示治疗后的变化。除了α波段的活动，静息状态下的额叶θ功率也可能提供了抑郁标志。尽管有研究表明情绪变化与额叶θ波活动呈负相关，一些研究已经报道额叶θ波升高是抗抑郁药反应的一个积极预测因子。

与工作记忆任务的行为结果相比，任务相关的脑电测量，如事件相关电位（ERPs）和时频功率，也显示出对经颅直流电刺激（tDCS）的神经生理效应的敏感性。研究发现ERP成分中的P2和P3对工作记忆任务中经颅直流电刺激的作用特别敏感，两者在刺激前额叶皮层后幅度均增长。P2波幅显示了工作记忆任务中的持续性注意及启动上下文更新，观察到其波幅与工作记忆绩效呈正相关。P3似乎反映了额顶叶皮层网络内的高阶执行过程，并且与工作记忆能力和任务绩效呈正相关。工作记忆认知过程中的事件相关同步（ERS）和事件相关不同步（ERD）主要在θ波和α波段被发现。在健康个体中，脑前额叶外皮的tDCS阳刺激已被证明可以改善工作记忆的执行情况，并且提高事件相关的α波和θ波功率。工作记忆中的前额θ ERS与任务相关刺激的注意分配有关。随着认知负荷的加大，α ERD和θ ERS都变得更加明显，在抑郁症被试的记忆恢复过程中，与假tDCS相比，发现激活后的额叶θ波活动减少。

这里，我们试图通过使用脑电图检查神经生理学变化来了解这种新型干预治疗效果的可能机制。我们假设经颅直流电刺激联合CET可以恢复认知控制网功能，可以观察到工作记忆表现的改善，以及在静息状态脑电图中记录的额叶α波不对称性及额叶θ波的减少。此外，我们假设干预会增加事件相关EEG P2和P3的振幅。最后，我们预计在工作记忆任务中α ERD和θ ERS会减少，这表明认知处理效率有所提高。

我们招募了20名患有难治性抑郁症的参与者，其中10人被纳入分析样本来研究tDCS联合CET的临床和认知效果。所有参与者都经过研究精神科医生的筛选，并符合DSM-IV的重度抑郁发作标准。其他入选标准包括：蒙哥马利-阿斯伯格抑郁量表得分≥20岁，抗药性定义为对至少两个足够疗程的抗抑郁药物无效并且年龄在18至65岁之间。患有神经系统疾病、被诊断为精神病、酗酒或滥用非法药物、在当前事件中对电休克疗法没有反应、自杀风险高或经常使用苯二氮卓类药物的患者则被排除在研究之外。在研究开展的前四周以及tDCS和CET联合干预期间，参与者不被允许改变药物或药物剂量，书面知情同意书会提供给所有参与者。

参与者接受了18次tDCS与CET相结合的疗程，每周三次，为期六周。在被试内非盲研究设计中，预处理（BASELINE）及18次干预结束时（POST）评估神经生理结果。在视觉3-back工作记忆任务中，记录5分钟闭眼静息状态活动、5分钟睁眼静息态活动和7分钟任务相关活动的EEG（图a）。在闭眼状态下，参与者被要求闭上眼睛，直到实验者通知他们EEG记录完成。在睁开眼睛的情况下，参与者被要求将注意力集中在一个电脑屏幕所显示的固定十字形记号上。

使用刺激器在每次治疗的40分钟内提供2mA电流。选择这个持续时间是为了确保参与者在整个CET干预过程中受到刺激，并且在先前的研究中已经证明是安全和可耐受的。使用5×7cm（35cm²）橡胶电极将阳极tDCS直接放置在左侧DLPFC上方的头皮上（F3使用10-20 EEG系统）。将一个10×10cm（100cm²）的脑外返回阴极放置在参与者的右肩上。有开放式研究发现，这种组合（治疗）方式与双额叶（F3–F8）电极放置相比，情绪改善速度更快，但其疗效尚未在随机对照试验中得到证实。计算模型表明，与通常用于抑郁症的双额叶tDCS电极放置相比，这种组合方式增加了边缘区域（如前扣带皮质）的激活。浸泡在盐水中的海绵用于提高电极和皮肤之间的导电性，从而将皮肤损伤的风险降至最低。

使用32个水基EEG记录通道和TMSi Refa放大器（见图b）采集连续EEG数据。

EEG数据以1024Hz采样，并使用带通滤波器（0.5–70Hz）和50Hz陷波滤波器进行滤波，以去除电线噪声。以2秒的间隔对数据划分阶段，并使用半自动算法进行检查，以去除包含伪影的阶段。然后使用独立成分分析（ICA）去除眨眼和肌肉伪影，ICA后将EEG数据重参考共同平均参考值。

参与者被要求以随机顺序观察电脑屏幕上呈现的字母刺激序列，当屏幕上当前的目标字母与之前三次试验中呈现的字母匹配时（通过按下键盘上的空格键）做出反应（见图c）。

3-back任务类似于CET中使用的情绪面孔记忆训练任务，但不需要处理情绪内容。3-back任务由40个目标字母和180个非目标字母组成，连续字母之间间隔2秒。在每个实验开始之前，参与者练习任务约5分钟，以确保他们理解任务指令。之所以选择3-back任务，是因为它被认为具有挑战性并且需要更多的注意力和执行资源，因此减少了参与者在6周干预期间认知能力提高产生天花板效应的可能性。工作记忆结果的衡量标准是正确反应的反应时（RT）和区分敏感度的d-prime。

静止状态功率谱密度

计算睁眼和闭眼条件下静息状态脑电图的功率谱。丢弃前15秒的数据，以确保参与者在被分析的时间窗口内完全休息，并使用285秒的数据估计功率谱密度（PSD）。

使用快速傅立叶变换和2-s滑动汉明窗（50%重叠），在1–70Hz范围内估计每个EEG电极的对数归一化功率谱密度值（μV 2/Hz）。

在闭眼静息状态EEG条件下获得额叶α不对称。为了计算该指数，在EEG通道F3和F4处获得阿尔法频带（8–13Hz）的功率。然后，我们将通道之间的阿尔法功率差除以通道之间的α功率之和：（F4−F3）/（F4+F3）。

前额θ计算为在闭眼静息状态EEG条件下，前部EEG通道Fp1、Fp2、Afz、F3、Fz和F4的θ频带（4-8Hz）中的平均功率。

事件相关电位

事件相关电位（ERPs）是通过对3-back任务中的靶向和非靶向试验进行平均来计算的。在刺激开始之前，使用500ms至0ms的平均振幅对刺激后活动进行基线校正。通过额叶EEG通道Fz测量ERP分量P2和P3的平均振幅。通过计算所有参与者在BASELINE和POST期间的总平均ERP分量，并分离P2和P3分量的平均潜伏期，确定平均时间窗。然后，在上一步P2和P3分量的总平均潜伏期周围±20ms的时间窗口内计算每个参与者的平均振幅。P2组分的潜伏期确定为刺激后145.5ms（平均时间窗：125.5–165.5ms），P3组分在刺激开始后的潜伏期为373.0ms（平均时窗：353.0–393.0ms）。

时间-频率分析

与ERP测量方法类似，时间-频率功率是通过对3-back任务中的目标和非目标试验进行平均来计算的。我们使用具有固定500ms时间窗口的汉宁锥度。在刺激开始之前，使用500ms至0ms的活动对功率值进行基线校正，并将其转换为分贝标度（信号的10*log10）。α事件相关去同步（ERD）在α频段（8–12Hz）刺激开始后200–700ms的频带功率下运行。θ事件相关同步（ERS）定义为θ。

使用统计软件进行统计分析，对情绪、工作记忆和EEG神经生理学结果进行双尾配对样本t检验，以评估从BASELINE到POST的变化。使用Shapiro–Wilk检验检验配对差异的正态性。p值<0.05被认为是非正态分布，在这种情况下，我们还进行了非参数Wilcoxon符号秩检验。我们对六个神经生理学结果进行了Bonferroni校正，以减少与多次比较相关的假阳性（Ⅰ型）错误。因此，EEG测量的统计显著性阈值设置为p=0.008（即0.05/6）。

等效性测试

成对样本t检验缺乏统计显著性可能表明没有影响或检测小于该阈值的影响力大小不够。为了从统计学上排除非平凡效应量的可能性，我们使用Cohen，d=0.3作为最小效应量进行了双侧t检验（TOST）等效程序。结果，显著的等效性测试表明，效应大小d<0.3。该程序使用R包、TOSTER和TOST paired函数进行。

基于非参数聚类的排列检验

对整个EEG数据集进行非参数聚类排列探索性分析，使用功率谱密度、事件相关电位和时间-频率分析提取这些数据。使用蒙特卡罗(统计模拟)法，在3000次迭代中随机排列试验，并使用相关样本t检验对所得分布进行统计比较。由于当前实验中EEG通道的数量有限，我们选择了至少一个相邻通道的较保守阈值。对于ERP和ERS/ERD，基于非参数聚类的排列（组合）检验在3-back任务字母刺激开始后0-1000ms的时间间隔内进行。对于具有频率信息的神经生理学结果，包括静息状态PSD和ERS/ERD，在1–70Hz的频带中进行排列测试。

共有20名难治性抑郁症患者完成了18次tDCS联合CET治疗。表1显示了样本的基线人口统计和临床信息。

行为测量的统计结果汇总，见表2。tDCS与CET联合应用可显著减少抑郁症状（p<0.001）。8名参与者符合反应标准（40%），3名参与者在完成18个疗程后症状缓解（15%）。在1个月的随访中，情绪持续改善（n=14，t13=−3.56，p=0.003，d=0.94），但在3个月的随访中不再显著，其中只有一半的原始样本保留了显著性（n=10，t9=−2.17，p=0.06，d=0.69）。参与者的工作记忆d-prime显著提高（p=0.03），但反应时间没有明显改善（p=0.45；见图2）。

神经生理学测量的统计结果汇总，见表2。额叶α不对称、额叶θ和θ ERS不呈正态分布；因此，进行了额外的Wilcoxon符号秩检验。

额叶α波不对称或额叶θ从BASELINE到POST时间段的变化没有明显影响。两种措施的等效性测试不显著；因此，大于d＝0.3的效应量不能在统计上被拒绝。基于聚类排列测试的探索性研究未发现在闭眼或睁眼条件下静息状态EEG任何频带的任何显著频谱的功率变化（见图3）。

ERP P3没有显著效应（p=89）。P2振幅有适度增加（p=0.05）；然而，这在使用Bonferroni调整的p值阈值进行多次比较的校正中没有留存（即p<0.008）。P2和P3的等效性测试不显著。比较BASELINE状态和POST状态下的ERP测量结果，未观察到显著的聚类（见图4）。

α事件相关去同步（p=0.58）或θ事件相关同步化没有显著影响。同样等效性测试对这两种测量都不显著。在任何频带、通道或时间点均未观察到明显的聚类（见图5）。

使用我们先前研究中使用的经调整的副作用问卷评估安全性。参与者对tDCS和CET联合干预耐受性良好，并导致轻度至中度的短暂不良反应。最常见的副作用是皮肤发红、感觉异常（刺痛、烧灼和发痒）和头痛，这与之前对tDCS不良反应的meta分析一致。

正如我们先前研究tDCS与CET并发的认知影响报告所述，治疗并未导致认知功能的显著降低。所有不良事件的总结，见表3。

在临床试验研究中，我们发现tDCS与CET联合干预是可行的、安全的，有显著的抗抑郁效果，并能够提高难治性抑郁症的疗效。伴随着情绪的改善，我们在现在的报告中观察到CET在3-back工作记忆中提到辨别灵敏度（即d-prime）的近迁移效应我们的研究结果与工作记忆训练后改善认知的近迁移效应一致。一项meta分析表明工作记忆训练的近迁移效应的效应大小介于Hedge's g＝0.37–0.72之间，包括了本研究中观察到的d-prime效应量（Cohen's d＝0.54）。然而，在没有控制条件的情况下，很难确定当前研究中观察到的工作记忆改善是由于干预（即CET的近迁移效应）还是与情绪改善有关。

尽管控制多个对照组之后，神经生理学指标没有显著性变化，但我们发现干预增加P2 ERP振幅的证据微弱。P2成分与注意力过程有关，而P3与目标识别和分类等高级认知功能有关。P2成分与注意力过程有关，而P3与目标识别和分类等高级认知功能有关。有系统研究过工作记忆负荷和练习效应的影响，并同样观察到了P2（而非P3）振幅的变化。因此，我们的研究结果表明CET涉及到工作记忆成分，可以改善低阶处理和注意能力，观察到P2振幅的增加，尽管统计证据微弱。根据这一解释，在使用经颅磁刺激（另一种非侵入性脑刺激形式）治疗抑郁症3周后获得了类似的发现，在一项听觉异常任务中，经过20次经颅磁刺激治疗后观察到抑郁症患者左额叶P2振幅增加，这为改善感官注意过程提供了额外支持，但不支持高级认知功能。

静息状态EEG测量如额叶α不对称和额叶θ波通常与抑郁症相关。由于这些度量指标与抗抑郁药物反应有关，因此人们推测这些指标会随着治疗而改变。

实验结果缺少积极的神经生理学发现，这与tDCS文献中使用重复刺激的方案的结果一致。据了解，目前只有三项研究确定了对左侧DLPFC重复阳极tDCS刺激的功能或结构变化。先前的研究也发现，在前额叶进行tDCS治疗抑郁症之后，通过使用经颅磁刺激探测运动皮质反应性，发现神经可塑性增加。在另一项临床应用中，检测了连续10次在左DLPFC进行tDCS治疗创伤性脑损伤的神经康复效果，他们没有观察到从基线到最后一次刺激对EEG测量的任何显著影响，包括一次对额叶（F3）θ波的分析，但是与假性tDCS刺激相比发现了δ和α频段的显著交互作用。在左侧DLPFC上进行10次阳极刺激，在颞顶叶交界处进行阴极刺激，以治疗精神分裂症患者的听觉言语幻觉，与假手术组相比，活动tDCS组的静息状态功能连通性增加。目前的研究没有加入假对照组，因此，我们无法检测可能揭示了类似的神经生理学变化的交互效应。

在这次研究中，我们没有观察到显著的神经生理学变化，可能有几个原因。首先，中等大小的样本量只允许检测到中度-重度的影响。除了P2振幅（d=0.46），EEG测量的估计效应量很小（d=0.03–0.13）。尽管这些效应中的大多数小于最小效应量（d=0.3），但等效性测试对所有神经生理学结果均不显著。这表明实验结果有一定可变性，因此不能将低于我们的等效性测试阈值标准的效应真正的影响认定为真实效应。因此，我们也无法排除效应量大于Cohen’s.d=0.3的可能性，故需要更大的样本量来克服抑郁样本内部的异质性和相关变异性问题，从而提高从统计测试中得出结论的能力。

我们的发现没有显著成效的另一个潜在原因可能是为假设检验选择的神经生理学指标在检测疗效方面欠佳。为了抵消这一局限，我们在3-back任务期间检验了静息状态PSD以及ERP和ERS/ERD，使用基于聚类分析的非参排列（组合）检验来解释可能超出我们先验假设的效应，并且没有发现显著的聚类。然而，更复杂的分析，如θ-γ相位-振幅耦合，或确定大脑区域之间有效连通性变化的动态因果模型，可能会揭示干预的效果。例如，位于前扣带回皮质的θ连接性已被确定为使用经颅磁刺激和舍曲林治疗过程的抗抑郁反应的预测因子。

最后，抑郁症与边缘系统中与情绪信息处理相关的膝下前扣带回皮层的异常活动有关。本研究中用于CET的情绪面孔记忆训练任务旨在同时激活认知控制网络，增加这些较深边缘区域的大脑活动。因此，在这些皮质下结构中可以更容易地观察到干预的效果。然而，识别该深度的变化可能超出本实验中使用的EEG设置的范围。尽管其他脑电图研究已经成功将功能失调的大脑活动定位到前扣带回内，这通常是使用具有更多记录通道的EEG系统来实现的，以更好地估计活动来源。在与CET类似的情绪处理任务中例如被动观看情绪显著的图像，使用任务相关的电生理测量可能会观察到更大的效果。当在情绪任务期间而不是在休息状态进行EEG测量，α不对称是更好的预测因子。但是，这些数据并没有被收集，所以应该是未来研究中一个有价值的方向，尝试调查在抑郁症治疗中类似的干预措施。

Nikolin S，Martin D，Loo CK，Iacoviello BM，Boonstra TW. Assessing neurophysiological changes associated with combined transcranial direct current stimulation and cognitive-emotional training for treatment-resistant depression. Eur J Neurosci. 2020 May；51(10)：P2119-2133. doi：10.1111/ejn.14656. Epub 2020 Jan 8. PMID:：31859397.