研究目的:大脑的活动主要以神经元放电为基础,因此可以通过改变或调节这种电活动产生短时间或长期的脑功能改变。为了实现该目标,近年来开发出许多非侵入性脑刺激(NIBS)装置,例如经颅磁刺激(TMS)、经颅电刺激(t DCS、t ACS、tPCS)等。这些技术中,TMS和tDCS技术已经广泛被应用健康和疾病人群。通过不同TMS或t DCS刺激方案可以改变(升高/降低)大脑皮层兴奋性,且这种兴奋性改变可长时间维持,从而具有改变突触可塑性的潜在作用。临床研究发现NIBS对许多神经系统疾病具有潜在治疗效果,包括药物成瘾、中风、癫痫、PD、慢性疼痛、AD和抑郁等;此外,还可以显著提高对不同人群的运动功能,包括健康人群和神经损伤人群(如中风、PD)。尽管如此,采用何种最佳的刺激干预方案以及NIBS改变大脑功能的神经生物学影响机制目前并不清楚。动物模型的使用是理解某些生理过程或疾病病理特征和开发新的治疗手段的关键。在神经系统功能研究中,通过常用动物的运动任务测试可以为内源性的脑功能变化提供很好的外在表现。与人体临床干预类似,通过合适的动物模型活体组织取材,可以评估NIBS对不同动物模型的脑功能改善情况,分析与之相关的细胞分子学过程的变化,包括基因转录和翻译、神经递质相互作用、神经生长因子分泌、神经胶质细胞增生、血管重塑、轴突/树突/突触结构改变等。因此,评估NIBS对动物模型的运动功能影响及相关的脑组织内源性变化,将有助于探索非侵入性脑刺激提高脑功能的可能机制,并优化临床或实践应用的干预方案。研究方法:以动物实验为基础,基于PubMed、Embase、中国知网、万方医学等数据库,检索"非侵入性脑刺激"、"经颅电刺激"、"经颅磁刺激"、"运动能力"、"运动表现"等为关键词,查找符合本文主题相同的中、英文期刊论文。研究结果:多数研究选择啮齿类动物(如大鼠、小鼠等)作为研究对象,其运动行为表现涉及运动活动能力、运动协调和平衡能力、步态、精细运动能力、运动感觉能力等。具体包括:(1)旷场测试:测试大鼠或小鼠运动活动能力最简单的方法;(2)运动协调和平衡测试:旋转杆测试、平衡木测试、步态测试等;(3)握力测试:测量动物抓握技巧和前肢肌肉力量,例如Inverted grid test,prehensile traction;(4)技巧性伸触测试:是一种常用的精细运动测试方法,用来评估啮齿类动物前爪的使用、姿势平衡和运动功能,又称单个小球伸触测试(single-pellet reaching test);(5)Garcia运动行为测试:是一种最常用的运动感觉测试方法,多用于神经系统损伤动物模型。总结以上研究发现,关于经颅电刺激提升动物运动能力的行为学测试方法,多针对神经系统疾病动物模型,在健康动物中使用其敏感性可能较低。此外,反应运动功能越全面或越复杂的行为学测试方法,多数要求测试前对动物进行训练,且随着训练或测试的次数增加,由于行为习得性作用,测试表现可能越好。脑刺激提升运动能力的神经生物学可能机制主要体现在缺血/缺氧耐受、神经保护性作用、神经发生、神经可塑性、血管生成和抗细胞凋亡等。具体表现为:(1)r TMS是探索缺血耐受机制和预防缺血神经元损伤的重要工具,r TMS后的神经元的保存程度取决于刺激频率以及刺激与缺血性卒中之间的时间间隔;(2)神经保护是一种被广泛研究的治疗缺血性脑卒中方法,其目的是保护大脑免受缺血性损伤,改善功能结果;(3)新生神经元的产生不仅依赖于人体发育,而且也发生在成人中枢神经系统中,但是这种产生神经元的速度比较慢。在成人中,神经发生主要发生在海马齿状回和侧脑室室下区;(4)神经可塑性是通常是指对神经突触图谱进行重构,最终优化脑网络功能的过程;(5)在简化的动物模型中,r TMS可诱导突触传递效率的长时程增强和长时程抑制。神经营养素脑源性神经营养因子(BDNF)是t DCS效应的关键因素,尤其是在介导t DCS对外显记忆方面具有重要作用;(6)缺血性脑卒中后,r TMS治疗通过抑制海马细胞凋亡和促进神经再生促进认知功能障碍的恢复。研究结论:NIBS治疗效果的潜在机制和最佳刺激方案尚不完全清楚。人体研究中的广泛应用与其基本神经生物学机制数据缺乏的现状,限制了其在临床研究中的应用。此外,动物模型的回顾性研究多采用可变方案,且治疗效果评估采用不同的测试参数,这导致比较干预措施和确定最佳刺激方案方面具有一定难度。NIBS有望治疗影响中枢神经系统的疾病,然而仍然需要进行大量的基础研究来支持NIBS的治疗作用。在此过程中,我们有必要对非侵入性脑刺激的作用机制进行更深入的研究,同时基于动物模型的研究也应遵循实验室实践指南,通过确定最有利的刺激参数、辅助治疗和潜在的作用模式,进一步制定临床使用的治疗方案。