💡这项突破是什么?
通讯员：夏家慧
近日，西安电子科技大学生命科学技术学院刘继欣教授团队在《Communications Biology》（中科院一区）在线发表了题为 《State- and frequency-specific high-definition transcranial alternating current stimulation of the dorsolateral prefrontal cortex for analgesia》 的研究论文。该研究围绕高精度经颅交流电刺激（high-definition transcranial alternating current stimulation，HD-tACS）的镇痛参数优化问题，通过两个双盲实验，系统考察了刺激靶点、刺激频率以及个体化频率所依据的脑状态对镇痛效果的影响，并进一步结合脑电（EEG）探索不同刺激频率相关的神经振荡变化，为发展更加精准的非侵入性疼痛神经调控策略提供了新的实验依据。
慢性疼痛是影响人类健康和生活质量的重要疾病负担。除感觉信息加工外，疼痛体验还受到注意、情绪、认知评价等高级脑功能的共同调控。背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）参与疼痛的认知和情绪调节，是近年来非侵入性神经调控的重要潜在靶点。HD-tACS可以通过特定频率的微弱交流电流干预脑神经振荡，为疼痛调控提供新的技术途径。然而，目前HD-tACS的镇痛效果仍存在明显的个体差异，其疗效不仅可能受到刺激脑区和刺激频率的影响，还可能与个体自身的神经振荡状态密切相关。尤其是在开展个体化刺激时，一个尚未解决的重要问题是：刺激频率究竟应该依据无痛静息状态的脑活动确定，还是应该根据疼痛发生时的脑状态进行选择？
为解决这一问题，研究团队采用辣椒素诱导的持续性实验疼痛模型，使受试者在相对稳定且可持续测量的疼痛状态下接受30分钟HD-tACS，并在整个60分钟实验过程中每2分钟进行一次疼痛评分，同时于刺激前后采集静息态脑电（EEG）。研究设计由三个递进实验构成，分别围绕“刺激哪里”“使用什么频率”以及“如何实现个体化频率选择”三个关键问题展开。
研究首先比较了10 Hz Alpha频率HD-tACS作用于DLPFC和初级感觉运动皮层（SM1）的镇痛效果。结果发现，DLPFC刺激较SM1刺激表现出更早、更稳定的镇痛作用，提示DLPFC可能是当前持续性疼痛模型下更具优势的调控靶点。在此基础上，研究进一步比较了DLPFC靶点下7 Hz Theta与10 Hz Alpha刺激的镇痛效果。结果显示，7 Hz Theta-DLPFC刺激产生了更早、更强且更持久的镇痛效应。进一步的EEG分析发现，不同频率刺激还表现出了不同的神经振荡调节特征。与Alpha刺激相比，Theta-DLPFC刺激在左侧前额叶区域诱导了更显著的Beta和Low Gamma频段功率增强。其中，Low Gamma功率变化与个体镇痛效果之间的关联在多重比较校正后仍具有统计学意义。研究结果提示，Theta刺激较强的镇痛作用可能伴随着更明显的前额叶疼痛调控相关神经活动变化。
在发现Theta刺激具有更优镇痛效果后，研究团队进一步探索了个体化频率选择能否进一步提升刺激效果。研究分别根据受试者无痛状态和持续疼痛状态下的EEG信号，提取Theta频段内功率最大的个体频率，形成无痛状态个体化Theta频率（pfITF）和疼痛持续状态个体化Theta频率（ppITF），并与固定7 Hz Theta刺激进行比较。结果发现，根据持续疼痛状态脑活动确定的ppITF刺激表现出最明显的刺激后镇痛优势。
该研究提示，非侵入性神经调控参数优化可能不能仅依赖固定频率，而应进一步考虑个体脑活动及其所处的功能状态。这一发现为HD-tACS从传统的固定参数刺激进一步发展为脑状态引导的个体化精准神经调控提供了实验依据，也为未来探索基于EEG的自适应和闭环疼痛神经调控策略提供了新的研究思路。
论文第一作者为西安电子科技大学生命科学技术学院博士生夏家慧，通讯作者为川北医学院附属医院张川、西安电子科技大学生命科学技术学院刘继欣教授。研究团队长期围绕疼痛脑机制及非侵入性神经调控开展研究，并持续探索刺激靶点、刺激频率及个体化参数优化策略，以促进非侵入性神经调控技术向更加精准和个体化的方向发展。
Xia J, Chen P, Li W, Chen J, Qu F, Sun B, Zhang C, Liu J. State- and frequency-specific high-definition transcranial alternating current stimulation of the dorsolateral prefrontal cortex for analgesia. Communications Biology. 2026. DOI: 10.1038/s42003-026-10899-1.
