德国波鸿鲁尔大学Michael A. Nitsche 教授团队，在生物学科领域顶级学术期刊 eLife （IF=8.743）发表研究，探索经颅电刺激（tDCS）技术下睡眠与大脑功能的关联。研究表明充足睡眠时 tDCS 能正常诱导长时程增强（LTP）样和长时程抑制（LTD）样可塑性；睡眠剥夺则阻碍 LTP 样可塑性，还使 LTD 样可塑性逆转，同时睡眠剥夺下大脑电生理振荡改变，认知功能受损。
睡眠对大脑突触稳态和认知功能至关重要，而经颅直流电刺激（tDCS）可诱导类似长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）的神经可塑性，为研究大脑功能调控提供手段。
探究充足睡眠与睡眠剥夺状态下，tDCS 诱导的神经可塑性变化及其与大脑功能（认知、电生理活动）的关联
参与者:
30 名健康右利手成年人（平均年龄 24.6±4.16 岁，50% 男性），随机分为两组，分别接受阳极 tDCS 或阴极 tDCS。
睡眠条件：
采用随机交叉设计，参与者先后经历 “充足睡眠”（23:00-8:00）和 “睡眠剥夺”（23:00-8:00 通宵清醒），每次实验在固定时间采集数据。
tDCS方案:
刺激部位：左侧初级运动皮层（靶向右侧小指展肌），阳极组施加阳极刺激，阴极组施加阴极刺激，均设置假刺激对照。
参数：1mA 强度，持续 7 分钟（含 15 秒 ramp up/down），假刺激仅前 30 秒生效（确保盲法）。
测量指标：通过运动诱发电位（MEP）评估 tDCS 诱导的 LTP 样（阳极）和 LTD 样（阴极）可塑性，监测刺激后 0-30 分钟的效应变化。
充足睡眠后：阳极 tDCS 在干预后 5-25 分钟显著增加 MEP 振幅，与假刺激和睡眠剥夺状态相比，效应显著更强，持续至 25 分钟（与假刺激相比，p<0.05），成功诱导 LTP 样可塑性。
睡眠剥夺后：阳极 tDCS 无法诱导 LTP 样可塑性，各时间点 MEP 振幅与基线和假刺激无显著差异，表明睡眠剥夺导致 LTP 样可塑性消失（突触饱和）。
充足睡眠后：阴极 tDCS 在 10-20 分钟显著降低 MEP 振幅（LTD 样效应），与假刺激相比差异显著（p<0.05），表明成功诱导 LTD 样可塑性。
睡眠剥夺后：阴极 tDCS 的抑制性效应逆转为兴奋性 LTP 样效应，所有时间点 MEP 振幅均显著增加，且持续至 30 分钟（远超预期恢复时间），提示睡眠剥夺使抑制性可塑性转为兴奋性。
充足睡眠与睡眠剥夺后类似长时程增强（LTP）/长时程抑制（LTD）的可塑性诱导
θ 波段（4-7Hz）：睡眠剥夺后额中央电极（Fz、Cz、F3、F4）的 θ 振荡显著增强（p<0.001），与 tDCS 可塑性异常（LTP 样消失、LTD 样逆转）相关，反映睡眠压力导致的兴奋性升高。
α 波段（8-14Hz）：睡眠剥夺后 α 振荡显著降低（p=0.033），与认知功能（记忆、注意力）受损相关。
β 波段（15-30Hz）：睡眠剥夺后 β 振荡显著增加（p=0.013），提示皮质兴奋性和觉醒状态异常。
关联：θ 波段增强与 tDCS 可塑性异常（LTP 样消失、LTD 样逆转）显著相关，反映睡眠压力导致的皮质兴奋性升高。
电极 Fz、Cz、F3 和 F4 处的静息态θ、α和β振荡
充足睡眠后：LTP 样可塑性与更好的序列学习获得（r=-0.558，p=0.031）和保留（r=-0.734，p=0.002）显著相关，表现为反应时缩短、错误减少。
睡眠剥夺后：学习能力受损，反应时延长、错误率增加，与 tDCS 可塑性异常一致。
充足睡眠后：工作记忆表现（击中率、d' 值）显著增强（p<0.001），与皮质易化升高相关，反应时变异性大（准确性 - 速度权衡）。
睡眠剥夺后：工作记忆受损，表现显著下降，与 tDCS 诱导的可塑性受损相关。
选择性注意（Stroop 任务）：睡眠剥夺后干扰效应增强（p=0.009），N200 和 N450 振幅降低，提示冲突检测能力下降，与 tDCS 可塑性异常相关。
持续注意（AX-CPT 任务）：睡眠剥夺后准确性降低（p<0.001）、反应时延长，P300 振幅减小，与皮质兴奋性异常及 tDCS 效应改变相关。
睡眠剥夺对序列学习、工作记忆和注意力的影响
睡眠剥夺对序列学习、工作记忆和注意力的事件相关电位（ERP）成分的影响
睡眠剥夺导致谷氨酸能皮质易化增强、GABA 能抑制降低，皮质兴奋性升高，突触处于饱和状态，阻碍 LTP 样可塑性诱导，并使 LTD 样可塑性逆转为 LTP 样效应。
细胞内钙浓度异常可能是关键：睡眠剥夺使基线钙水平升高，阳极 tDCS 引发钙超载（抑制 LTP），阴极 tDCS 的轻微钙增加即可触发 LTP 样效应（逆转 LTD）。
睡眠状态显著调控 tDCS 诱导的神经可塑性：充足睡眠是维持 LTP/LTD 样可塑性正常表达的基础，睡眠剥夺导致可塑性异常。
tDCS 可塑性变化与认知功能（学习、记忆、注意力）密切相关，揭示了通过睡眠调控神经可塑性影响大脑功能的机制。
对非侵入性脑刺激应用的启示：需考虑睡眠状态，从而优化 tDCS 疗效，为神经康复和认知增强提供参考。
参考文献：Salehinejad MA, Ghanavati E, Reinders J, Hengstler JG, Kuo MF, Nitsche MA. Sleep-dependent upscaled excitability, saturated neuroplasticity, and modulated cognition in the human brain. Elife. 2022;11:e69308. Published 2022 Jun 6. doi:10.7554/eLife.69308
