近年來，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)在腦部疾病治療方面顯現(xiàn)出巨大的應用潛力，為患者提供了新的治療選擇，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?017年，Boyden團隊在《Cell》上發(fā)表文章，提出了一種新型的非侵入式腦刺激方法：“時間相干”（Temporally Interfering, TI）電刺激方法。TI電刺激兼具空間靶向性和無創(chuàng)性的特點，可以無創(chuàng)地刺激大腦深部腦區(qū)，有望用于神經(jīng)精神性疾病的治療，引起了研究人員的廣泛關注。

　　最近，天津大學醫(yī)學部劉爽團隊總結(jié)了TI電刺激相關的研究成果，從基本原理、研究進展和發(fā)展方向等方面進行了綜述。相關成果發(fā)表于醫(yī)學領域TOP期刊《Frontiers in Neuroscience》上。

　　01

　　基本原理

　　TI電刺激的原理如圖1所示，兩個頻率相差很?。╢1和f2）且幅值相同的中頻正弦電流（I1和I2）被施加到大腦表面，由于干涉作用，這兩個正弦電流在某些時刻相互疊加，而在某些時刻又相互抵消，最終會在大腦內(nèi)部產(chǎn)生一個在時域上大小波動的低頻（?f=f1-f2）包絡波形，可以利用該低頻包絡波形刺激大腦深部的神經(jīng)元。TI電刺激的刺激原理與神經(jīng)元的低通濾波特性有關，即只有低頻電流才能誘發(fā)神經(jīng)元產(chǎn)生動作電位，而較高頻率（1kHz以上）的電流不能引起神經(jīng)元的有效刺激響應。Boyden等人首次在動物實驗中驗證了TI電刺激的可行性，他們應用TI電刺激成功激活了小鼠海馬區(qū)的神經(jīng)元，實現(xiàn)了對深部腦區(qū)的聚焦性和非侵入性的刺激，為腦刺激領域提供了一個新的研究方向。

　　圖1 TI 電刺激將兩個頻率相差較小的高頻正弦電流 I1(紅色實線)和 I2(藍色實線)施加到大腦表面，會產(chǎn)生相互干渉后的調(diào)制波形(黑色實線) ，該調(diào)制波形的包絡是頻率為?f的低頻波形(紅色虛線)。

　　02

　　研究進展

　　TI電刺激是一種很有發(fā)展前景的刺激技術(shù)，有研究開始采用動物模型和人體實驗來探究TI電刺激可能的臨床應用，并取得了一定的成果。研究人員發(fā)現(xiàn)了TI電刺激對人類運動功能的有效性，TI電刺激能有效刺激人類大腦的運動皮層，增強運動功能。除了對運動皮層的調(diào)節(jié)作用外，TI 電刺激還被用于大腦中病理靶點的刺激，以幫助癲癇患者手術(shù)前的病灶定位，有效減少了植入電極的數(shù)量。

　　另外，雖然TI電刺激已被證明可以刺激小鼠大腦的神經(jīng)元，但人類大腦解剖結(jié)構(gòu)的復雜性可能限制了TI電刺激的臨床應用。為了改善TI電刺激的刺激性能，有研究提出了多種不同的刺激優(yōu)化策略，以最大化大腦靶區(qū)的TI電場。如圖2所示，研究人員采用優(yōu)化電極配置，施加多點刺激及研發(fā)硬件設備等方法進行優(yōu)化，進一步提高了TI電刺激的刺激強度和刺激聚焦性，促進了TI電刺激的轉(zhuǎn)化應用。

　　目前TI電刺激相關的文獻大多采用計算模型進行研究，關于TI電刺激人體試驗和動物實驗的研究相對較少，未來還需要更深入的探索。

　　圖2 多種TI電刺激優(yōu)化策略。(a)多電極刺激: 使用的電極對越多，在大腦中的刺激就越集中。(b)算法優(yōu)化：以右側(cè)海馬頭部為刺激靶區(qū)，利用算法確定頭皮上61個候選電極的最佳電極配置和注射電流。(c)多點時間相干 (MTI)方法：MTI 使用單個電極傳遞具有不同頻率的電流，可以同時刺激大腦中的多個靶區(qū)。(d)硬件: 在TI電刺激期間，刺激器可以精確定位靶區(qū)并實時測量生物阻抗。

　　03

　　發(fā)展方向

　　當前TI電刺激的研究仍處于初級階段，如果想要將該技術(shù)轉(zhuǎn)化為臨床可行的治療手段，還有許多問題亟待解決。如圖3所示，還需要更多的研究來探索其原理、優(yōu)化策略、治療應用及安全性。

　　一方面，TI電刺激的治療機制尚不明確，未來需要進一步的研究，這可能涉及刺激過程中神經(jīng)元興奮性的變化以及突觸可塑性的長期改變。為了避免給人體帶來傷害，TI電刺激的安全性和耐受性的評估也是一個重要問題。

　　另一方面，模型研究表明，在人腦中的低電場強度可能是TI電刺激的限制因素，為提高TI電刺激的可行性，可以使用更先進的優(yōu)化策略來提高TI電刺激的刺激強度和聚焦性。目前，TI 電刺激僅成功地使用微創(chuàng)電極激活了小鼠的海馬區(qū)神經(jīng)元，其刺激效應是否可以擴展到人腦尚不清楚，這可能需要更深入的研究。

圖3 TI電刺激潛在的發(fā)展方向，需要考慮四個方面：原理、優(yōu)化、應用和安全性。

　　本文綜述了TI電刺激技術(shù)當前的研究進展和面臨挑戰(zhàn)，希望能為今后的研究提供參考，進一步促進TI電刺激技術(shù)的開發(fā)和應用。

　　論文第一作者為天津大學碩士研究生郭婉婷和博士研究生何雨晨，通訊作者為劉爽副教授和明東教授。

　　原文鏈接：

　　https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2023.1092539/full

　　WantingG, YuchenH, et al. A novel non-invasive brain stimulation technique: “Temporally interfering electrical stimulation” [J]. Frontiers in Neuroscience. 2023.

特別聲明：以上文章內(nèi)容僅代表作者本人觀點，不代表新浪網(wǎng)觀點或立場。如有關于作品內(nèi)容、版權(quán)或其它問題請于作品發(fā)表后的30日內(nèi)與新浪網(wǎng)聯(lián)系。

相關知識

神奇的磁力：磁刺激技術(shù)在康復中的應用
性刺激
無創(chuàng)、安全又有效的減肥方法，口服電刺激器「迷惑大腦」
減肥新科技：可食用振動生物電子刺激器
60例成年人直腸電刺激腦誘發(fā)電位特點及結(jié)果分析
Nature子刊：人工智能和腦電刺激結(jié)合，改善人類大腦功能
FDA批準唯一可兼容全身核磁掃描的腦深部電刺激系統(tǒng)
刺激
語言刺激能激活腦部痛感處理區(qū)域
格斗：一種刺激而充滿力量的運動形式

網(wǎng)址: Frontiers綜述：一種新型的非侵入式腦刺激技術(shù)——時間相干電刺激 http://www.u1s5d6.cn/newsview633100.html