认知增强（CE）指在未患精神疾病的人群中，基于相关神经生物学的知识，有针对性增强或扩展其认知、情感等能力的技术。认知增强常用方法有经颅直流电刺激（tDCS）和认知训练（CT），tDCS 起效快，但有效时间较短；而 CT 起效时间较长，需要几周的时间进行训练，但有效时间较长。近年来也有研究者开始尝试使用 CT 与 tDCS 相结合的方法对认知功能进行调控，本文将从感知能力、注意力、工作记忆、决策能力以及其他认知能力五个方面对此进行梳理和总结。最后展望了该技术的应用前景及所面临的问题和挑战。
引用本文： 郭娅美, 李启杰, 姜劲, 曹勇, 冯静达, 楚洪祚, 王宏伟, 焦学军. 基于认知训练和经颅直流电刺激组合的认知增强技术综述. 生物医学工程学杂志, 2020, 37(5): 903-909. doi: 10.7507/1001-5515.201911079 复制
引言
认知增强（cognitive enhancement，CE）是指有针对性地增强或者扩展认知能力或者情感能力的技术，其以神经可塑性为基础，通过加强或削弱神经元之间的连接，改变大脑的结构，从而改变相关的认知能力[1]。认知增强可以增强健康儿童、青少年等的认知能力，可以减缓健康老年人认知能力下降的速度[2]，并且可以改善认知功能患者（多动症儿童、轻度认知障碍、阿尔茨海默病[3]）等）的认知能力，而这些人群均称为未患精神疾病的群体。认知增强的常用方法有药物刺激、物理刺激以及认知训练（cognitive training，CT）。药物刺激可能存在健康隐患，对身体产生副作用[4]，在军事、航天领域一般不予采用，在患者认知功能的康复中较为常用[5]。物理刺激的方法简单、见效快，通常包括声音、光照、温度、电、磁等，但前三者受环境影响较大，且有文献报道能够调节的认知能力有限[6]。经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）、经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）以及认知训练是目前研究中应用较广泛的认知增强手段。但 TMS 刺激有诱发癫痫的风险，而且操作设备便携性较差[7]。相较而言 tDCS 刺激简单、便捷、易操作，价格相对便宜[8]，对人体没有诱发疾病的副作用[9]。认知训练可用于患者认知功能的改善[10]，以及减缓老年人认知能力的下降。但在效果上来说，tDCS 刺激起效时间极短，有效时间也比较短；而认知训练起效时间较长，有效时间也比较长。结合两种调控方式，发挥各自的优点[11]，成为该领域研究的热点。
最近的研究表明，认知训练和大脑刺激组合的使用可以增强作用效果[12]，并可以延长改善认知能力的益处，而且发现直流电刺激可以使训练的认知能力提升更容易达到长期效果[13]，同时认知训练也可以增强 tDCS 刺激的效果。主要是因为认知训练可以引起神经元的激活，而 tDCS 刺激只会影响那些处在激活状态的神经元，无法对休眠状态的神经元产生影响[14]。因此，认知训练与 tDCS 刺激同步进行会得到相比单独使用 tDCS 刺激更好的效果[15]。认知训练和刺激组合的时机又可以分为“在线”和“离线”[16]。“在线”是指认知训练和刺激同步进行；“离线”是指认知训练和刺激异步进行，两种方式会对特定认知能力产生不同的影响。有文献报道，对特定认知能力来说，“在线”会改善认知能力，而“离线”则会降低认知能力，而有的则相反。因此，本文将通过认知训练和 tDCS 刺激组合技术分别从感知能力、注意力、工作记忆、决策能力以及其他认知能力五个方面进行梳理和总结。
1 认知训练与 tDCS 组合技术对感知的影响
感知（perception）是人类大脑对外界环境、信息变化所做出的反应。感知在日常生活中涉及很多方面，如视觉、听觉、空间知觉、躯体感觉等，其中躯体感觉大多是疼痛阈值的研究[17]。
对于视觉感知来说，研究发现组合技术可以明显改善患者或健康人的视觉能力。Brem 等[18]对一位 72 岁男性中风患者进行双顶叶 tDCS 刺激（1 mA，20 min）和认知忽视治疗。该次实验是在患者中风 26 天后进行为期四周的双盲对照组治疗。在第一周和第四周患者只进行传统的忽视治疗，而第二周进行传统治疗和假或真刺激交替进行，第三周进行真刺激与认知忽视治疗。结果发现，真刺激后左侧刺激的隐性注意分配明显改善，线等分和复制的成绩相较于假刺激得到提高，并且日常生活能力在 3 个月后的随访中明显改善。这些结果表明，tDCS 刺激结合认知训练可以促进训练方法改善视觉空间忽视的症状，并且适用于临床环境。对于听觉感知来说，Filmer 等[19]对 59 名健康大学生进行为期 4 天的随机对照实验。实验中被试进行视觉、听觉以及双项任务的训练，同时采用 tDCS 刺激（0.7 mA，13 min）左侧前额叶，并且在训练前、训练后以及训练结束后两周的时间进行迁移测量。结果发现，认知训练和刺激组合方法可以增强未经训练的多任务和视觉搜索任务的绩效，但在听觉任务中训练没有提高认知能力。这些结果表明，阳极 tDCS 刺激结合多任务训练可以扩展到未经训练的多任务范式和空间注意力领域，但不能扩展到反应抑制领域。对于空间感知来说，李学敏等[20]在 2019 年对缺血性脑卒中后失语症患者进行为期 6 周的在线 tDCS 刺激（2 mA，20 min）和认知训练治疗。治疗后，测试的定向力、知觉、视运动等认知能力显著提高。Saruco 等[21]通过 14 名健康成年被试接受初级运动皮层的阳极刺激（1 mA，12 min），并进行运动想象、控制任务的训练，而且在实验前后进行姿势控制任务。数据显示，执行姿势任务时所需的时间显著减少。当姿势控制任务要求较高时，运动想象训练和阳极刺激组合会使其认知能力显著提升。Oldrati 等[22]通过研究 27 名健康青年被试（其中 18 名女性）参加的实验，其中被试接受左侧背外侧前额叶（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）的 tDCS 刺激（1.5 mA，20 min）和视觉空间能力训练，并且鉴于之前研究中刺激时间的重要性进行了双重实验。其中一个是研究 tDCS 刺激引起的皮层兴奋性是否会调节由训练决定的改善并提高其认知能力；另一个是探索刺激时间的依赖性影响。被试分成三组分别进行下面实验，刺激与训练同时进行（在线 tDCS 组），先刺激后训练（离线 tDCS 组），以及假刺激和训练组。所有被试在刺激和训练之前以及结束后都要进行心理旋转任务和心理折叠任务。结果表明，无论刺激条件如何，被试的心理旋转能力和心理折叠能力都在测试后得到了改善，并且被试在“在线”tDCS 刺激情况下心理折叠能力有很大的提高。实验研究发现 tDCS 刺激在执行过程中增强了训练的效果，在刺激后 24 h 内对视觉空间表现产生了累积的有益影响。在躯体感知方面，Powers 等[23]对 79 名健康成年人进行了疼痛耐受性的研究，将 tDCS 刺激和简单认知干预组合发现，纤维肌痛患者的症状阈值显著提高，并且是与阴极 tDCS 刺激组合的效果达到最好。
2 认知训练与 tDCS 组合技术对注意力的影响
注意力（attention）是一种较为复杂的认知功能，是指心理活动指向和集中于某种事物的能力[24]，它包含警觉网络（alerting network）、导向网络（orienting network）、执行控制网络（executive network）等多种成分[25]。注意力与感知、记忆等认知能力有密切关系，在研究感知、记忆等认知能力的同时，研究者也开始研究认知训练和刺激组合对注意力的影响。
注意力方面，研究者发现训练和刺激组合时，对患者认知能力的改善有很大的影响。Park 等[26]对 11 名中风患者进行双盲、对照实验，阳极 tDCS 刺激（2 mA，30 min）双侧前额叶同时进行计算机辅助认知康复训练（15 min 视觉任务，15 min 听觉任务），结果发现脑卒中患者在真刺激和认知训练后的听觉和视觉注意任务方面表现出显着改善，患者的注意力也明显改善，但对于未训练工作记忆任务没有影响。Silva 等[27]在 2017 年对 40 名女性纤维肌痛患者进行警觉性、定向能力以及执行控制能力的研究，阳极 tDCS 刺激（1 mA，20 min）DLPFC 并结合抑制控制训练任务。结果发现，真刺激组中定向和执行的注意网络性能显著提高。同一年，陈滟等[28]对脑卒中首次发病患者进行注意力的研究，使用认知检测、注意力维持以及注意力警觉性的测试方法，患者进行 A、B 两期（真假刺激和常规认知训练）的实验。选定前额叶和 DLPFC 进行 tDCS 刺激，结果发现 tDCS 结合注意力训练后，患者的蒙特利尔认知评估量表从 6 分提高到 26 分，注意力维持和警觉性都有明显的改善。随后，Fazeli 等[29]对免疫缺陷神经认知障碍患者进行认知训练和刺激可行性的研究，评估 tDCS 刺激是否会影响认知康复训练中处理速度的认知结果。结果发现，执行能力、注意力以及处理速度有明显的改善。最近也有少数关于健康人注意力的研究。Brem 等[30]在 2018 年探索了经颅直流电刺激、随机噪声、多刺激点直流电和交流电四种电刺激方法。发现与对照组相比，直流电、随机噪声和多刺激点直流电组的流体智力显著提高，而多刺激点交流电没有明显改善。并且，发现电刺激结合连续的执行能力训练发生了流体智力的迁移效应，这种迁移效应是通过训练过程来调节的。Fehring 等[31]在 2019 年研究了健康大学生接受 DLPFC 的阳极 tDCS 刺激（1.5 mA，10 min）对执行功能的影响，实验中被试进行停止信号任务，并在任务之前和之后接受刺激，被试参加两次实验，中间间隔一周。结果发现 tDCS 刺激提升执行能力取决于认知训练中任务的学习水平。
尽管多数研究者发现，组合技术可以改善患者或者健康人的注意力，但也有研究发现，组合技术对患者认知能力的改善没有影响。Das 等[32]在 2019 年招募 22 名轻度认知障碍患者，进行了认知训练和刺激方法对认知能力和静息脑血流神经变化影响的研究。被试接受左额下回的离线阳极 tDCS 刺激（2 mA，20 min）并进行推理任务训练，实验持续 4 周，每周进行两次。结果发现，对照组和实验组中任务绩效（抑制、创新、记忆）没有显著的提高，但真刺激和训练结合组在静息态脑血流明显增加，这表明阳极刺激确实调节了认知和神经的可塑性，而且相较于对照组而言阳极刺激抑制了记忆力等高阶认知能力的提升。
关于注意力，大多数研究是针对患者认知能力的研究，未来可以增加对健康人的研究。尽管很多研究表明认知训练和刺激组合方法可以改善患者的注意力，并有实验发现在长期的随访中训练效果得到了维持，这对于患者来说意义重大。但很多研究是试点研究，样本量太小，只能提供一定的证据，在未来的工作中应该扩大样本量进一步研究，以便更好地应用于临床医疗以及健康人群需求。
3 认知训练与 tDCS 组合技术对工作记忆的影响
工作记忆（working memory，WM）又称操作记忆，是在短时间内保存和处理信息的能力，是复杂认知功能的主要组成部分[33]。研究发现，工作记忆主要激活脑区是 DLPFC[34]以及顶叶。工作记忆在我们的日常生活中起着非常重要的作用，被认为是人类进行学习、理解、推理等高级认知活动的核心[35]。
关于工作记忆的研究相对较多。Martin 等[36]在 2019 年对遗忘性轻度认知障碍患者进行了为期 5 周的实验。68 名患者随机接受认知训练和左侧 DLPFC 的 tDCS 刺激（2 mA/30 min、0.016 mA/30 min）或者假刺激（0.016 mA，60 min）。结果发现，认知训练和真刺激组合在治疗后绩效显著提高，两组被试记忆力在 3 个月的随访中较治疗前有很大改善。Au 等[37]招募 62 名健康大学生随机分成三组进行 7 天的视觉空间记忆 n-back 训练，同时接受刺激，并且随访时被试（41 名）进行 n-back 任务和 Backward Block-tapping 任务。结果发现真刺激时，n-back 任务的平均水平显著提高，并发现一个间隔效应，即在真刺激时有两天间隔的组比连续组 n-back 水平更高。在随访时，发现真刺激组与假刺激组之间有显著差异。这些结果表明，tDCS 刺激可以提高健康年轻人工作记忆训练的绩效，而且可以提高训练中学习的速度。McKinley 等[38]研究了 32 名飞行员接受初级运动皮层和 DLPFC 刺激后的记忆能力，被试首先进行程序化训练然后接受离线 tDCS 刺激。结果表明，训练后立即进行 DLPFC 的阴极 tDCS 刺激对程序学习产生了有益的影响。值得注意的是，刺激前额叶时，阴极刺激并不总是与阳极 tDCS 刺激有相反的认知影响。
研究者在研究认知训练和刺激结合技术可以增强工作记忆的同时，也更加关注其迁移作用。Ruf 等[39]在 2017 年对 71 名成年健康人进行左侧和右侧 DLPFC 的阳极 tDCS 刺激，以及空间和语言工作记忆的训练。结果发现，tDCS 刺激可以增强训练的效果，并且影响可以转移到未经训练的任务上，而且 tDCS 刺激增强学习的效果可以持续 9 个月。作者指出，tDCS 刺激的效果取决于训练前的基线水平，工作记忆能力相对较低的参与者获益更多，而工作记忆表现较高的参与者从刺激中获益较少。Ke 等[40]在 2019 年对 30 名健康大学生进行对照实验，真假 tDCS 两组刺激各 15 名，其中工作记忆训练采用字母 n-back 任务和图形 n-back 任务。参与者通过连续 7 天的 7 次实验，中间 5 天进行左侧 DLPFC 的高精度 tDCS（1.5 mA，25 min），同时进行自适应 n-back 字母任务。结果发现，相较于假刺激组，真刺激组训练后字母和图形的 3-back 学习率显著提高，并且发现训练的益处与基线水平呈负相关，而且 tDCS 刺激的益处可以转移到未训练的工作记忆任务中。
尽管很多研究者发现组合技术对健康人和患者的工作记忆有增强作用，并且可能发生迁移效应，但也有研究者发现组合技术对工作记忆没有影响。Ikeda 等[41]对 24 名健康成年进行左侧 DLPFC 的离线阳极 tDCS 刺激（2 mA，13 min）实验。刺激前进行 1-back、2-back 和 3-back 任务的练习，被试接受两次刺激中间间隔 20 min，刺激后脑磁图记录 10 min，然后进行 15 min 听觉任务，再次进行脑磁图测量。结果发现，离线阳极刺激对工作记忆的准确性和反应时间没有影响。Kolskar 等[42]通过磁共振成像测量认知训练和刺激的结果，实验中被试分成两组，分别进行计算机认知训练（听觉和视觉空间工作记忆任务）加左侧 DLPFC 的 tDCS 刺激（1 mA，20 min），以及认知训练加假刺激。结果发现，训练对中风患者的认知能力有显著影响，但刺激组认知能力没有额外的改善。
上述研究结果的差异，可能是由于个体差异、基线水平的不同、电流密度和强度的不同以及训练和刺激组合方式的不同等造成的。因此，今后的研究应该探索更加精确的模式和实验参数的设置，有助于未来更好地应用于健康人群和临床患者。
4 认知训练与 tDCS 组合技术对决策的影响
决策（decision-making）的研究主要是建立提高绩效的干预措施，改善人类推理和决策的能力[43]。在很多复杂任务以及日常生活中，需要从两种或多种条件下选择其一，这就涉及到人们的决策能力。决策能力是一种高级的认知能力，与其他的认知能力紧密相关。研究者通常从处理速度、抑制能力、控制能力、决策等来研究决策能力，其刺激脑区通常选择 DLPFC[44-45]。Ditye 等[46]在 2012 年对 22 名健康成年人进行训练和刺激的实验。该实验使用停止信号任务对 12 名参与者进行训练，对 10 名被试的右侧额下回给予离线阳极 tDCS 刺激（1.5 mA，15 min）。结果发现，tDCS 刺激结合认知训练可以有效地改善抑制反应能力，效果明显优于单独的多次训练。Gilmore 等[47]在 2018 年对 30 名退伍老兵进行风险任务中的决策能力进行了研究，在 tDCS 刺激（2 mA，25 min）DLPFC 时，进行气球模拟风险任务（Balloon Analogue Risk Task，BART）训练。结果表明，真刺激组接受刺激和训练后，参与者进行未经训练的风险任务时风险选择显著降低，并在随访的 1 个月和 2 个月中影响效果依然存在，在假刺激组中则没有发现认知能力的变化。这些结果表明，tDCS 刺激 DLPFC 结合决策任务可以降低风险，改善决策能力。
5 认知训练与 tDCS 组合技术对其他认知能力的影响
目前为止，认知训练和 tDCS 刺激组合技术不仅有工作记忆、注意力等具体认知能力的研究，也有一些其他认知能力的研究。对于学习能力的研究，Ownby 等[48]通过游戏训练和阳极 tDCS 刺激（1.5 mA，20 min）DLPFC 的研究发现，HIV 患者的认知功能中学习、记忆和运动速度得到改善。Looi 等[49]对 12 名数学学习障碍儿童进行为期 9 天的经颅随机噪声刺激（transcranial random noise stimulation，tRNS）和游戏训练实验。tRNS 刺激（0.75 mA，20 min）双侧前额叶皮层，并在实验前后测量数学评估和工作记忆（数字广度：听觉和视觉）。结果发现，与 tRNS 假刺激的儿童相比，双侧 DLPFC 皮质上的 tRNS 可以改善数学学习障碍儿童在算术训练任务中的学习和表现。训练收益与标准化数学障碍测试的提高呈正相关，并且 tRNS 增强了这种效果。这些结果表明，tRNS 与认知训练组合改善了学习障碍儿童的学习和认知能力。而后，Costanzo 等[50]在 2018 年对有阅读障碍的儿童和青少年进行了研究，他们通过 tDCS 刺激与阅读训练的组合来研究改善的长期影响，26 名阅读障碍患者儿童和健康青少年接受了 6 周的治疗，对颞-顶区域进行左侧阳极或者右侧阴极的 tDCS 刺激，同时进行阅读训练。通过真刺激组、假刺激组、治疗前、治疗后、治疗后一个月和六个月的对比分析，结果发现真刺激组阅读能力有长期的改善。
对于其他障碍患者改善认知能力的研究，Segrave 等[14]对 27 名患有重度抑郁的成年人进行认知控制训练和 tDCS 刺激的实验，三组实验设计都表现出抑制程度的改善，但只有认知训练和 tDCS 刺激组合组表现出持久的抗抑郁反应。Gonzalez 等[51]对 5 名轻度认知障碍老年患者进行刺激左侧 DLPFC 的研究，实验中患者接受单独认知训练、假 tDCS 刺激和认知训练组合以及 tDCS 刺激和认知训练组合。结果发现 tDCS 刺激对处理速度、选择性注意以及计划能力的绩效和完成时间方面有显著的影响。Santos 等[52]研究了纤维肌痛患者认知功能障碍中工作记忆的变化，阳极刺激（2 mA，20 min）DLPFC 的同时进行双重 n-back 任务（视觉和听觉），患者连续进行了 8 天实验。数据表明，治疗组短期记忆能力和语言流利度显著提高。佟建霞等[53]对 62 例脑梗死后认知障碍患者进行治疗，治疗 4 周后填写简易精神状态检查量表、蒙特利尔认知评估量表以及日常生活能力评分表。结果显示，tDCS 刺激结合认知训练可改善脑梗死患者的认知功能（定向、注意、记忆、计算、语言等）以及日常生活活动能力，效果显著高于对照组。
对于健康者来说，Looi 等[54]对 30 名健康成年人给予双侧 DLPFC 的 tDCS 刺激（1 mA，30 min），并同时进行认知训练。在训练前后以及结束两个月后，进行数学成绩和工作记忆能力（语言和视觉空间）的测试。结果发现，进行真刺激的被试在游戏中的表现明显优于假刺激组，并产生了工作记忆的迁移效应。此外，发现基线水平数学能力较低的人群中，训练的改善效果更明显，这表明该方法可以减少个体之间认知能力的差距。真刺激组在 2 个月后训练的影响仍然存在，这表明该方法可以长期提高人类的学习和认知。
6 总结和展望
认知训练和刺激组合的方法，不仅可以用于正常人感知能力、注意力、工作记忆、决策能力等认知功能的提升，还可以用于患者（中风、抑郁、阿尔兹海默病等）认知障碍的康复中，并能取得很好的效果[55-57]。但是到目前为止，认知训练和 tDCS 刺激组合方法研究仍存在以下不足：其一，tDCS 刺激和认知训练组合技术对患者认知功能的改善以及更好的治疗效果仍不明确[58]；其二，认知训练和刺激组合方法中，“在线”和“离线”的组合方式以及相应的刺激参数，如刺激时间、刺激次数、电流强度[59]，目前仍不明确；其三，同一刺激位置和同一训练范式的结果也有很大差异，可能与人类的基线水平等相关因素有关，仍需要进行系统的研究。综上所述，认知训练和刺激组合方法还有很多环节值得研究，而且目前对于健康青年认知能力提升的研究相对较少，对于患者的研究则很多是试点研究。在未来的研究中，可以增加健康人群面向复杂任务能力提升的研究，有望应用于航天、军事等领域。对于认知障碍患者的研究则应扩大样本量，并且随着机制的完善，更多地用于老年群体的认知能力提升。
利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。
引言
认知增强（cognitive enhancement，CE）是指有针对性地增强或者扩展认知能力或者情感能力的技术，其以神经可塑性为基础，通过加强或削弱神经元之间的连接，改变大脑的结构，从而改变相关的认知能力[1]。认知增强可以增强健康儿童、青少年等的认知能力，可以减缓健康老年人认知能力下降的速度[2]，并且可以改善认知功能患者（多动症儿童、轻度认知障碍、阿尔茨海默病[3]）等）的认知能力，而这些人群均称为未患精神疾病的群体。认知增强的常用方法有药物刺激、物理刺激以及认知训练（cognitive training，CT）。药物刺激可能存在健康隐患，对身体产生副作用[4]，在军事、航天领域一般不予采用，在患者认知功能的康复中较为常用[5]。物理刺激的方法简单、见效快，通常包括声音、光照、温度、电、磁等，但前三者受环境影响较大，且有文献报道能够调节的认知能力有限[6]。经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation，tDCS）、经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）以及认知训练是目前研究中应用较广泛的认知增强手段。但 TMS 刺激有诱发癫痫的风险，而且操作设备便携性较差[7]。相较而言 tDCS 刺激简单、便捷、易操作，价格相对便宜[8]，对人体没有诱发疾病的副作用[9]。认知训练可用于患者认知功能的改善[10]，以及减缓老年人认知能力的下降。但在效果上来说，tDCS 刺激起效时间极短，有效时间也比较短；而认知训练起效时间较长，有效时间也比较长。结合两种调控方式，发挥各自的优点[11]，成为该领域研究的热点。
最近的研究表明，认知训练和大脑刺激组合的使用可以增强作用效果[12]，并可以延长改善认知能力的益处，而且发现直流电刺激可以使训练的认知能力提升更容易达到长期效果[13]，同时认知训练也可以增强 tDCS 刺激的效果。主要是因为认知训练可以引起神经元的激活，而 tDCS 刺激只会影响那些处在激活状态的神经元，无法对休眠状态的神经元产生影响[14]。因此，认知训练与 tDCS 刺激同步进行会得到相比单独使用 tDCS 刺激更好的效果[15]。认知训练和刺激组合的时机又可以分为“在线”和“离线”[16]。“在线”是指认知训练和刺激同步进行；“离线”是指认知训练和刺激异步进行，两种方式会对特定认知能力产生不同的影响。有文献报道，对特定认知能力来说，“在线”会改善认知能力，而“离线”则会降低认知能力，而有的则相反。因此，本文将通过认知训练和 tDCS 刺激组合技术分别从感知能力、注意力、工作记忆、决策能力以及其他认知能力五个方面进行梳理和总结。
1 认知训练与 tDCS 组合技术对感知的影响
感知（perception）是人类大脑对外界环境、信息变化所做出的反应。感知在日常生活中涉及很多方面，如视觉、听觉、空间知觉、躯体感觉等，其中躯体感觉大多是疼痛阈值的研究[17]。
对于视觉感知来说，研究发现组合技术可以明显改善患者或健康人的视觉能力。Brem 等[18]对一位 72 岁男性中风患者进行双顶叶 tDCS 刺激（1 mA，20 min）和认知忽视治疗。该次实验是在患者中风 26 天后进行为期四周的双盲对照组治疗。在第一周和第四周患者只进行传统的忽视治疗，而第二周进行传统治疗和假或真刺激交替进行，第三周进行真刺激与认知忽视治疗。结果发现，真刺激后左侧刺激的隐性注意分配明显改善，线等分和复制的成绩相较于假刺激得到提高，并且日常生活能力在 3 个月后的随访中明显改善。这些结果表明，tDCS 刺激结合认知训练可以促进训练方法改善视觉空间忽视的症状，并且适用于临床环境。对于听觉感知来说，Filmer 等[19]对 59 名健康大学生进行为期 4 天的随机对照实验。实验中被试进行视觉、听觉以及双项任务的训练，同时采用 tDCS 刺激（0.7 mA，13 min）左侧前额叶，并且在训练前、训练后以及训练结束后两周的时间进行迁移测量。结果发现，认知训练和刺激组合方法可以增强未经训练的多任务和视觉搜索任务的绩效，但在听觉任务中训练没有提高认知能力。这些结果表明，阳极 tDCS 刺激结合多任务训练可以扩展到未经训练的多任务范式和空间注意力领域，但不能扩展到反应抑制领域。对于空间感知来说，李学敏等[20]在 2019 年对缺血性脑卒中后失语症患者进行为期 6 周的在线 tDCS 刺激（2 mA，20 min）和认知训练治疗。治疗后，测试的定向力、知觉、视运动等认知能力显著提高。Saruco 等[21]通过 14 名健康成年被试接受初级运动皮层的阳极刺激（1 mA，12 min），并进行运动想象、控制任务的训练，而且在实验前后进行姿势控制任务。数据显示，执行姿势任务时所需的时间显著减少。当姿势控制任务要求较高时，运动想象训练和阳极刺激组合会使其认知能力显著提升。Oldrati 等[22]通过研究 27 名健康青年被试（其中 18 名女性）参加的实验，其中被试接受左侧背外侧前额叶（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）的 tDCS 刺激（1.5 mA，20 min）和视觉空间能力训练，并且鉴于之前研究中刺激时间的重要性进行了双重实验。其中一个是研究 tDCS 刺激引起的皮层兴奋性是否会调节由训练决定的改善并提高其认知能力；另一个是探索刺激时间的依赖性影响。被试分成三组分别进行下面实验，刺激与训练同时进行（在线 tDCS 组），先刺激后训练（离线 tDCS 组），以及假刺激和训练组。所有被试在刺激和训练之前以及结束后都要进行心理旋转任务和心理折叠任务。结果表明，无论刺激条件如何，被试的心理旋转能力和心理折叠能力都在测试后得到了改善，并且被试在“在线”tDCS 刺激情况下心理折叠能力有很大的提高。实验研究发现 tDCS 刺激在执行过程中增强了训练的效果，在刺激后 24 h 内对视觉空间表现产生了累积的有益影响。在躯体感知方面，Powers 等[23]对 79 名健康成年人进行了疼痛耐受性的研究，将 tDCS 刺激和简单认知干预组合发现，纤维肌痛患者的症状阈值显著提高，并且是与阴极 tDCS 刺激组合的效果达到最好。
2 认知训练与 tDCS 组合技术对注意力的影响
注意力（attention）是一种较为复杂的认知功能，是指心理活动指向和集中于某种事物的能力[24]，它包含警觉网络（alerting network）、导向网络（orienting network）、执行控制网络（executive network）等多种成分[25]。注意力与感知、记忆等认知能力有密切关系，在研究感知、记忆等认知能力的同时，研究者也开始研究认知训练和刺激组合对注意力的影响。
注意力方面，研究者发现训练和刺激组合时，对患者认知能力的改善有很大的影响。Park 等[26]对 11 名中风患者进行双盲、对照实验，阳极 tDCS 刺激（2 mA，30 min）双侧前额叶同时进行计算机辅助认知康复训练（15 min 视觉任务，15 min 听觉任务），结果发现脑卒中患者在真刺激和认知训练后的听觉和视觉注意任务方面表现出显着改善，患者的注意力也明显改善，但对于未训练工作记忆任务没有影响。Silva 等[27]在 2017 年对 40 名女性纤维肌痛患者进行警觉性、定向能力以及执行控制能力的研究，阳极 tDCS 刺激（1 mA，20 min）DLPFC 并结合抑制控制训练任务。结果发现，真刺激组中定向和执行的注意网络性能显著提高。同一年，陈滟等[28]对脑卒中首次发病患者进行注意力的研究，使用认知检测、注意力维持以及注意力警觉性的测试方法，患者进行 A、B 两期（真假刺激和常规认知训练）的实验。选定前额叶和 DLPFC 进行 tDCS 刺激，结果发现 tDCS 结合注意力训练后，患者的蒙特利尔认知评估量表从 6 分提高到 26 分，注意力维持和警觉性都有明显的改善。随后，Fazeli 等[29]对免疫缺陷神经认知障碍患者进行认知训练和刺激可行性的研究，评估 tDCS 刺激是否会影响认知康复训练中处理速度的认知结果。结果发现，执行能力、注意力以及处理速度有明显的改善。最近也有少数关于健康人注意力的研究。Brem 等[30]在 2018 年探索了经颅直流电刺激、随机噪声、多刺激点直流电和交流电四种电刺激方法。发现与对照组相比，直流电、随机噪声和多刺激点直流电组的流体智力显著提高，而多刺激点交流电没有明显改善。并且，发现电刺激结合连续的执行能力训练发生了流体智力的迁移效应，这种迁移效应是通过训练过程来调节的。Fehring 等[31]在 2019 年研究了健康大学生接受 DLPFC 的阳极 tDCS 刺激（1.5 mA，10 min）对执行功能的影响，实验中被试进行停止信号任务，并在任务之前和之后接受刺激，被试参加两次实验，中间间隔一周。结果发现 tDCS 刺激提升执行能力取决于认知训练中任务的学习水平。
尽管多数研究者发现，组合技术可以改善患者或者健康人的注意力，但也有研究发现，组合技术对患者认知能力的改善没有影响。Das 等[32]在 2019 年招募 22 名轻度认知障碍患者，进行了认知训练和刺激方法对认知能力和静息脑血流神经变化影响的研究。被试接受左额下回的离线阳极 tDCS 刺激（2 mA，20 min）并进行推理任务训练，实验持续 4 周，每周进行两次。结果发现，对照组和实验组中任务绩效（抑制、创新、记忆）没有显著的提高，但真刺激和训练结合组在静息态脑血流明显增加，这表明阳极刺激确实调节了认知和神经的可塑性，而且相较于对照组而言阳极刺激抑制了记忆力等高阶认知能力的提升。
关于注意力，大多数研究是针对患者认知能力的研究，未来可以增加对健康人的研究。尽管很多研究表明认知训练和刺激组合方法可以改善患者的注意力，并有实验发现在长期的随访中训练效果得到了维持，这对于患者来说意义重大。但很多研究是试点研究，样本量太小，只能提供一定的证据，在未来的工作中应该扩大样本量进一步研究，以便更好地应用于临床医疗以及健康人群需求。
3 认知训练与 tDCS 组合技术对工作记忆的影响
工作记忆（working memory，WM）又称操作记忆，是在短时间内保存和处理信息的能力，是复杂认知功能的主要组成部分[33]。研究发现，工作记忆主要激活脑区是 DLPFC[34]以及顶叶。工作记忆在我们的日常生活中起着非常重要的作用，被认为是人类进行学习、理解、推理等高级认知活动的核心[35]。
关于工作记忆的研究相对较多。Martin 等[36]在 2019 年对遗忘性轻度认知障碍患者进行了为期 5 周的实验。68 名患者随机接受认知训练和左侧 DLPFC 的 tDCS 刺激（2 mA/30 min、0.016 mA/30 min）或者假刺激（0.016 mA，60 min）。结果发现，认知训练和真刺激组合在治疗后绩效显著提高，两组被试记忆力在 3 个月的随访中较治疗前有很大改善。Au 等[37]招募 62 名健康大学生随机分成三组进行 7 天的视觉空间记忆 n-back 训练，同时接受刺激，并且随访时被试（41 名）进行 n-back 任务和 Backward Block-tapping 任务。结果发现真刺激时，n-back 任务的平均水平显著提高，并发现一个间隔效应，即在真刺激时有两天间隔的组比连续组 n-back 水平更高。在随访时，发现真刺激组与假刺激组之间有显著差异。这些结果表明，tDCS 刺激可以提高健康年轻人工作记忆训练的绩效，而且可以提高训练中学习的速度。McKinley 等[38]研究了 32 名飞行员接受初级运动皮层和 DLPFC 刺激后的记忆能力，被试首先进行程序化训练然后接受离线 tDCS 刺激。结果表明，训练后立即进行 DLPFC 的阴极 tDCS 刺激对程序学习产生了有益的影响。值得注意的是，刺激前额叶时，阴极刺激并不总是与阳极 tDCS 刺激有相反的认知影响。
研究者在研究认知训练和刺激结合技术可以增强工作记忆的同时，也更加关注其迁移作用。Ruf 等[39]在 2017 年对 71 名成年健康人进行左侧和右侧 DLPFC 的阳极 tDCS 刺激，以及空间和语言工作记忆的训练。结果发现，tDCS 刺激可以增强训练的效果，并且影响可以转移到未经训练的任务上，而且 tDCS 刺激增强学习的效果可以持续 9 个月。作者指出，tDCS 刺激的效果取决于训练前的基线水平，工作记忆能力相对较低的参与者获益更多，而工作记忆表现较高的参与者从刺激中获益较少。Ke 等[40]在 2019 年对 30 名健康大学生进行对照实验，真假 tDCS 两组刺激各 15 名，其中工作记忆训练采用字母 n-back 任务和图形 n-back 任务。参与者通过连续 7 天的 7 次实验，中间 5 天进行左侧 DLPFC 的高精度 tDCS（1.5 mA，25 min），同时进行自适应 n-back 字母任务。结果发现，相较于假刺激组，真刺激组训练后字母和图形的 3-back 学习率显著提高，并且发现训练的益处与基线水平呈负相关，而且 tDCS 刺激的益处可以转移到未训练的工作记忆任务中。
尽管很多研究者发现组合技术对健康人和患者的工作记忆有增强作用，并且可能发生迁移效应，但也有研究者发现组合技术对工作记忆没有影响。Ikeda 等[41]对 24 名健康成年进行左侧 DLPFC 的离线阳极 tDCS 刺激（2 mA，13 min）实验。刺激前进行 1-back、2-back 和 3-back 任务的练习，被试接受两次刺激中间间隔 20 min，刺激后脑磁图记录 10 min，然后进行 15 min 听觉任务，再次进行脑磁图测量。结果发现，离线阳极刺激对工作记忆的准确性和反应时间没有影响。Kolskar 等[42]通过磁共振成像测量认知训练和刺激的结果，实验中被试分成两组，分别进行计算机认知训练（听觉和视觉空间工作记忆任务）加左侧 DLPFC 的 tDCS 刺激（1 mA，20 min），以及认知训练加假刺激。结果发现，训练对中风患者的认知能力有显著影响，但刺激组认知能力没有额外的改善。
上述研究结果的差异，可能是由于个体差异、基线水平的不同、电流密度和强度的不同以及训练和刺激组合方式的不同等造成的。因此，今后的研究应该探索更加精确的模式和实验参数的设置，有助于未来更好地应用于健康人群和临床患者。
4 认知训练与 tDCS 组合技术对决策的影响
决策（decision-making）的研究主要是建立提高绩效的干预措施，改善人类推理和决策的能力[43]。在很多复杂任务以及日常生活中，需要从两种或多种条件下选择其一，这就涉及到人们的决策能力。决策能力是一种高级的认知能力，与其他的认知能力紧密相关。研究者通常从处理速度、抑制能力、控制能力、决策等来研究决策能力，其刺激脑区通常选择 DLPFC[44-45]。Ditye 等[46]在 2012 年对 22 名健康成年人进行训练和刺激的实验。该实验使用停止信号任务对 12 名参与者进行训练，对 10 名被试的右侧额下回给予离线阳极 tDCS 刺激（1.5 mA，15 min）。结果发现，tDCS 刺激结合认知训练可以有效地改善抑制反应能力，效果明显优于单独的多次训练。Gilmore 等[47]在 2018 年对 30 名退伍老兵进行风险任务中的决策能力进行了研究，在 tDCS 刺激（2 mA，25 min）DLPFC 时，进行气球模拟风险任务（Balloon Analogue Risk Task，BART）训练。结果表明，真刺激组接受刺激和训练后，参与者进行未经训练的风险任务时风险选择显著降低，并在随访的 1 个月和 2 个月中影响效果依然存在，在假刺激组中则没有发现认知能力的变化。这些结果表明，tDCS 刺激 DLPFC 结合决策任务可以降低风险，改善决策能力。
5 认知训练与 tDCS 组合技术对其他认知能力的影响
目前为止，认知训练和 tDCS 刺激组合技术不仅有工作记忆、注意力等具体认知能力的研究，也有一些其他认知能力的研究。对于学习能力的研究，Ownby 等[48]通过游戏训练和阳极 tDCS 刺激（1.5 mA，20 min）DLPFC 的研究发现，HIV 患者的认知功能中学习、记忆和运动速度得到改善。Looi 等[49]对 12 名数学学习障碍儿童进行为期 9 天的经颅随机噪声刺激（transcranial random noise stimulation，tRNS）和游戏训练实验。tRNS 刺激（0.75 mA，20 min）双侧前额叶皮层，并在实验前后测量数学评估和工作记忆（数字广度：听觉和视觉）。结果发现，与 tRNS 假刺激的儿童相比，双侧 DLPFC 皮质上的 tRNS 可以改善数学学习障碍儿童在算术训练任务中的学习和表现。训练收益与标准化数学障碍测试的提高呈正相关，并且 tRNS 增强了这种效果。这些结果表明，tRNS 与认知训练组合改善了学习障碍儿童的学习和认知能力。而后，Costanzo 等[50]在 2018 年对有阅读障碍的儿童和青少年进行了研究，他们通过 tDCS 刺激与阅读训练的组合来研究改善的长期影响，26 名阅读障碍患者儿童和健康青少年接受了 6 周的治疗，对颞-顶区域进行左侧阳极或者右侧阴极的 tDCS 刺激，同时进行阅读训练。通过真刺激组、假刺激组、治疗前、治疗后、治疗后一个月和六个月的对比分析，结果发现真刺激组阅读能力有长期的改善。
对于其他障碍患者改善认知能力的研究，Segrave 等[14]对 27 名患有重度抑郁的成年人进行认知控制训练和 tDCS 刺激的实验，三组实验设计都表现出抑制程度的改善，但只有认知训练和 tDCS 刺激组合组表现出持久的抗抑郁反应。Gonzalez 等[51]对 5 名轻度认知障碍老年患者进行刺激左侧 DLPFC 的研究，实验中患者接受单独认知训练、假 tDCS 刺激和认知训练组合以及 tDCS 刺激和认知训练组合。结果发现 tDCS 刺激对处理速度、选择性注意以及计划能力的绩效和完成时间方面有显著的影响。Santos 等[52]研究了纤维肌痛患者认知功能障碍中工作记忆的变化，阳极刺激（2 mA，20 min）DLPFC 的同时进行双重 n-back 任务（视觉和听觉），患者连续进行了 8 天实验。数据表明，治疗组短期记忆能力和语言流利度显著提高。佟建霞等[53]对 62 例脑梗死后认知障碍患者进行治疗，治疗 4 周后填写简易精神状态检查量表、蒙特利尔认知评估量表以及日常生活能力评分表。结果显示，tDCS 刺激结合认知训练可改善脑梗死患者的认知功能（定向、注意、记忆、计算、语言等）以及日常生活活动能力，效果显著高于对照组。
对于健康者来说，Looi 等[54]对 30 名健康成年人给予双侧 DLPFC 的 tDCS 刺激（1 mA，30 min），并同时进行认知训练。在训练前后以及结束两个月后，进行数学成绩和工作记忆能力（语言和视觉空间）的测试。结果发现，进行真刺激的被试在游戏中的表现明显优于假刺激组，并产生了工作记忆的迁移效应。此外，发现基线水平数学能力较低的人群中，训练的改善效果更明显，这表明该方法可以减少个体之间认知能力的差距。真刺激组在 2 个月后训练的影响仍然存在，这表明该方法可以长期提高人类的学习和认知。
6 总结和展望
认知训练和刺激组合的方法，不仅可以用于正常人感知能力、注意力、工作记忆、决策能力等认知功能的提升，还可以用于患者（中风、抑郁、阿尔兹海默病等）认知障碍的康复中，并能取得很好的效果[55-57]。但是到目前为止，认知训练和 tDCS 刺激组合方法研究仍存在以下不足：其一，tDCS 刺激和认知训练组合技术对患者认知功能的改善以及更好的治疗效果仍不明确[58]；其二，认知训练和刺激组合方法中，“在线”和“离线”的组合方式以及相应的刺激参数，如刺激时间、刺激次数、电流强度[59]，目前仍不明确；其三，同一刺激位置和同一训练范式的结果也有很大差异，可能与人类的基线水平等相关因素有关，仍需要进行系统的研究。综上所述，认知训练和刺激组合方法还有很多环节值得研究，而且目前对于健康青年认知能力提升的研究相对较少，对于患者的研究则很多是试点研究。在未来的研究中，可以增加健康人群面向复杂任务能力提升的研究，有望应用于航天、军事等领域。对于认知障碍患者的研究则应扩大样本量，并且随着机制的完善，更多地用于老年群体的认知能力提升。
利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。