經(jīng)顱電刺激系列之高精度經(jīng)顱電刺激HD-TES

傳統(tǒng)TES(經(jīng)顱電刺激)是一種通過頭皮電極向大腦施加微弱電流的非侵入神經(jīng)調(diào)控技術,其原理是通過電流改變神經(jīng)元膜電位,增強或抑制特定腦區(qū)活動。

傳統(tǒng)經(jīng)顱電刺激示意圖

如圖所示,TES主要有經(jīng)顱直流電刺激(tDCS)經(jīng)顱交流電刺激(tACS)和經(jīng)顱隨機噪聲刺激(tRNS)等方式。它通過在頭皮放置至少一個電極,利用不同類型電流發(fā)揮作用,電流強度通常為 1-2 mA,低于人體感知閾值,安全性高。其中最廣泛研究和應用的是經(jīng)顱直流電刺激(tDCS)和經(jīng)顱交流電刺激()tACS)。

tDCS：通過直流電極性(陽極或陰極)改變神經(jīng)元靜息膜電位調(diào)節(jié)神經(jīng)活動。陽極刺激通常增加神經(jīng)元興奮性,而陰極刺激降低興奮性。

tACS：通過交流電頻率與大腦固有頻率匹配,調(diào)節(jié)腦電活動,促進神經(jīng)振蕩同步。

tRNS：探究大腦區(qū)域在特定認知任務中的作用,如研究輔助運動區(qū)(SMA)對顯式和隱式計時任務的貢獻。

然而,傳統(tǒng)的TES采用大電極(25-35cm2)導致約60%電流在頭皮和顱骨中的擴散導致無法精準聚焦到特定腦區(qū)。大量電流被頭皮和顱骨分流,導致目標區(qū)域的電場強度不足。Dmochowski等(2011)研究表明,電流在生物組織中的分散性使得實現(xiàn)高空間精度的刺激非常困難。另外,患者個體解剖結構差異導致電場分布不可控,部分患者響應率低。所以,HD-TES高精度經(jīng)顱電刺激便應運而生。

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高精度經(jīng)顱電刺激HD-TES

HD-TES概述以及核心優(yōu)勢：HD-TES(高精度經(jīng)顱電刺激)采用1個中心電極+4個環(huán)繞電極的配置,通過多通道協(xié)同約束電流，顯著提升聚焦性。如下圖,電場模擬顯示,HD-TES在運動皮層的峰值強度為0.225 V/m,而傳統(tǒng)tDCS擴散至0.366 V/m,相比于傳統(tǒng)tDCS,HD-TES非目標區(qū)干擾減少50%如圖：傳統(tǒng)TES(左)與HD-TES(右)電場分布對比。

傳統(tǒng)TES(左)與HD-TES(右)電場分布對比

HD-TES研究進展:早期研究對高精度tDCS關注較多,HD-tDCS可以改變運動皮層區(qū)域的興奮性并誘導其神經(jīng)可塑性,具有良好的耐受性。此外,HD-tDCS 影響大規(guī)模腦網(wǎng)絡連接,從而可能影響多個頻段的腦振蕩;與之相比,高精度tACS選擇性作用于特定頻段的腦活動。2021年,Grover等采用HD-tACS展開對強迫癥的研究,發(fā)現(xiàn)β-γ頻段的神經(jīng)調(diào)節(jié)可以有效減少強迫癥行為。隨后,又采用 8 × 1 電極配置對受試者施加tACS,發(fā)現(xiàn)4Hz刺激可以改善工作記憶(workingmemory,WM)和60Hz刺激可以改善長期記憶(long term memory,LTM)以上研究成果集中在單靶點刺激,而最近研究發(fā)現(xiàn),具有特定功能聯(lián)系的不同腦區(qū)同時接受刺激,比單一靶點刺激更有效地調(diào)節(jié)皮層的興奮性,更有助于復雜性神經(jīng)疾病的治療。

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回映產(chǎn)品:便攜式HD-TES

回映便攜式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)創(chuàng)新地采用type-C轉生物電極的設計使得產(chǎn)品能夠非常便捷地被使用?；赜潮銛y式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)通過多電極配置(1個中心電極和4個返回電極)實現(xiàn)高精度電流聚焦,精準刺激目標腦區(qū)。其核心優(yōu)勢在于通過縮小電極尺寸(直徑12mm的環(huán)形電極)和增加電極數(shù)量,顯著提升刺激的聚焦性和精準性。

回映HD-tES支持多模式刺激,覆蓋多場景需求：

HD-tDCS模式：調(diào)節(jié)皮層興奮性,適用于中風康復、抑郁癥干預等。

HD-tACS模式：精準鎖定腦電頻段(如β-γ頻段改善強迫癥,4Hz增強工作記憶)適配認知障礙治療等。

HD-tRNS模式：HD-tRNS 對顯式和隱式計時任務的影響不同,用于研究大腦的計時機制和時間處理能力等。

回映便攜式HD-TES設備示意圖

回映自研type-C轉生物電極示意圖

適用范圍:神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療，意識障礙和認知功能調(diào)節(jié)，康復治療，運動和認知功能恢復。

基本參數(shù)

???????????刺激強度：2mA~2mA 連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差 <=±10%；

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刺激時間：0~60min 可調(diào)；

刺激頻率：針對于 tPCS/tACS 模式，1Hz ～ 99Hz范 圍 內(nèi) 可 調(diào)， 頻 率 步 進 1Hz， 輸 出 頻 率 誤 差<=±5%；

淡入淡出時間：0~120s 可調(diào)，確保刺激的安全性；

脫落檢測：通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性。

相位同步：<=±2.5us; <=0.09°。???????