「非侵入性腦刺激」 (Non-Invasive Brain Stimulation, NIBS) 在過往30年發展極為迅速，已經廣泛運用在行為與認知科學研究中。此技術能非侵入性地刺激大腦特定區域，來研究行為與大腦神經系統之間的因果關係。本文將簡介非侵入性腦刺激的研究現況與其應注意事項 [1]。
非侵入性腦刺激分為「穿顱磁刺激」 (Transcranial Magnetic Stimulation, TMS) 與「穿顱電刺激」 (Transcranial Electrical Stimulation, TES) 二大類，前者以放置線圈於頭部表面，短暫地造成局部的強烈磁場變化，在腦內產生磁感應電流，進而刺激大腦神經；後者以頭皮上的電極對頭部釋放弱電流，直接刺激大腦局部區域。此技術會因使用方式，而有不同的影響範圍與有效時間，但其影響範圍介於毫米至數十公分，並能維持數毫秒至數日。
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在穿顱磁刺激之中，「單脈衝穿顱磁刺激」 (single pulse TMS) 能在數毫秒間干擾特定神經機制的運作，用於即時反應與回饋的實驗，例如對第一視覺皮區刺激可即時抑制視覺感知的效果。若採用「重複脈衝穿顱磁刺激」 (repetitive TMS, rTMS) 則效果會持續數分鐘，產生長期增強作用 (Long-term potential, LTP) 或長期抑制作用 (Long-term Depression, LTD)。
穿顱電刺激因為電場擴散效應之故，其作用空間影響較磁場來的廣。依刺激電流種類又區分為「穿顱直流電刺激」 (transcranial direct current stimulation, tDCS) 與「穿顱交流電刺激」 (transcranial alternating current stimulation, tACS)。前者能在大腦皮質區產生神經動作電位，效果類似 LTP 或 LTD 並維持數分鐘。後者的效果短至數毫秒，需使用不同的交流電頻率對特定腦區進行刺激。例如用 beta 與 gamma 頻率刺激大腦會對身體動作的產生影響。「穿顱隨機雜訊刺激」 (transcranial random noise timulation, tRNS) 係對特定腦區進行類似雜訊的電流刺激，儘管原理尚未明瞭，但實驗發現此法能提升腦區的可塑性。
為了確保研究品質與使用安全，使用非侵入性腦刺激需要注意以下事項：
一、在選擇非侵入性腦刺激種類時要依據研究問題選擇作用範圍與時間接合適的選擇。良好的設計必須涵蓋不同的控制組，以預防安慰劑效應，需考慮刺激不同大腦部位或刺激不同的受試者族群等。
二、受試者間的常有差異，建議使用較大量的受試者數 (n>30)。臨床上需客製化的流程，才能對每個病患都有最佳療效。
三、若搭配不同腦科學研究方法，將可提升研究品質。例如，腦造影方法可以增強非侵入性腦刺激的定位準度；磁共振頻譜 (Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS) 可以檢驗非侵入性腦刺激後的大腦，是否有相似於藥物介入後的反應。
四、需注意安全性等研究倫理議題。非侵入性腦刺激對人體是否有害，是否有合適的使用劑量仍尚待評估。
在不逾越以上守則的情況下，非侵入性腦刺激廣泛的研究價值肯定是神經科學界未來最有看點的技術之一。
參考文獻：
1. Polanía, R., Nitsche, M. A., & Ruff, C. C. (2018). Studying and modifying brain function with non-invasive brain stimulation. Nature neuroscience, 1.https://doi.org/10.1038/s41593-017-0054-4
撰文│黃筠安
審稿│呂昆霖
