傳統(tǒng)經(jīng)顱電刺激技術(shù)的局限性

傳統(tǒng)的經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）和經(jīng)顱交流電刺激（tACS）是神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域的兩大核心技術(shù)。tDCS通過(guò)恒定的直流電改變神經(jīng)元膜電位，以極化或去極化方式調(diào)節(jié)皮層興奮性。其作用機(jī)制主要依賴于對(duì)靜息膜電位的持續(xù)性調(diào)整，但缺乏對(duì)特定腦節(jié)律的針對(duì)性干預(yù)。tACS則通過(guò)正弦波交流電以特定頻率（如θ或β波段）調(diào)節(jié)神經(jīng)振蕩，但其雙向極性切換可能干擾功能網(wǎng)絡(luò)的同步性。

研究表明，傳統(tǒng)tDCS的電場(chǎng)分布廣泛，難以實(shí)現(xiàn)局部精準(zhǔn)刺激。例如，標(biāo)準(zhǔn)tDCS的1×1電極布局會(huì)在靶區(qū)外形成顯著電流擴(kuò)散，甚至影響深部結(jié)構(gòu)。而tACS雖能通過(guò)頻率匹配增強(qiáng)內(nèi)源性振蕩，但其離線效應(yīng)（即刺激后持續(xù)效果）有限。

otDCS的創(chuàng)新

振蕩經(jīng)顱直流電刺激（oscillatory tDCS, otDCS）的提出，旨在整合tDCS與tACS的優(yōu)勢(shì)。其核心設(shè)計(jì)是將振蕩電流疊加于直流偏置上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元興奮性調(diào)節(jié)和節(jié)律性神經(jīng)活動(dòng)同步。

otDCS的電流波形為單向振蕩（例如：在1.5 mA基礎(chǔ)上疊加±0.5 mA的正弦波動(dòng)），既保留了tDCS的極化效應(yīng)，又通過(guò)頻率特異性刺激增強(qiáng)目標(biāo)腦區(qū)的振蕩耦合。例如，在β波段（15-35 Hz）個(gè)體化otDCS中，刺激頻率根據(jù)受試者皮質(zhì)肌肉連貫性（CMC）的峰值頻率定制，顯著提升了運(yùn)動(dòng)皮層的振蕩同步性。

otDCS電流波形與刺激部位及電場(chǎng)示意圖

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作用原理與神經(jīng)機(jī)制

雙模調(diào)控：興奮性與振蕩同步的協(xié)同效應(yīng)

otDCS的獨(dú)特機(jī)制在于同時(shí)作用于神經(jīng)元膜電位和振蕩節(jié)律。直流成分通過(guò)改變靜息膜電位（如陽(yáng)極刺激誘導(dǎo)去極化），提高皮層興奮性；而振蕩成分通過(guò)共振效應(yīng)增強(qiáng)內(nèi)源性節(jié)律的功率和相位一致性。

在初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層（M1）的研究中，個(gè)體化β波段otDCS顯著增強(qiáng)了皮質(zhì)肌肉連貫性（CMC）和運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位（MEP）。實(shí)驗(yàn)顯示，otDCS刺激后CMC立即增加15%，且效果持續(xù)20分鐘以上，而傳統(tǒng)tDCS和tACS無(wú)顯著變化。這種協(xié)同效應(yīng)可能源于突觸可塑性的時(shí)間依賴性增強(qiáng)（STDP），即振蕩電流通過(guò)精準(zhǔn)匹配神經(jīng)元放電時(shí)間窗強(qiáng)化突觸連接。

otDCS、tACS和tDCS對(duì)歸一化皮質(zhì)肌肉連貫性（CMC）的影響對(duì)比

頻率特異性與個(gè)體化參數(shù)

otDCS的效果高度依賴頻率匹配。例如，當(dāng)采用固定20 Hz的β波段刺激時(shí)，CMC的增強(qiáng)程度與個(gè)體原始CMC峰值頻率和20 Hz的差異呈負(fù)相關(guān)。這表明，個(gè)體化頻率設(shè)置能最大化共振效應(yīng)。

個(gè)體化頻率對(duì)CMC的影響

HD-otDCS高密度電極布局與空間聚焦

為提升空間精度，高密度otDCS（HD-otDCS）采用多電極環(huán)狀陣列。例如，頂葉皮層的HD-θ-otDCS使用中央陽(yáng)極（P3）和四個(gè)環(huán)形返回電極（CP1、CP5、PO3、PO2），將電流密度集中于靶區(qū)。電場(chǎng)模擬顯示，該布局在左頂葉皮層產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度是傳統(tǒng)tDCS的2.3倍，且深部擴(kuò)散減少60%。

高密度θ 振蕩調(diào)制經(jīng)顱直流電刺激（HD-Theta-otDCS）

HD-Theta-otDCS 刺激在編碼和檢索階段均能顯著提升聯(lián)想記憶表現(xiàn)，且刺激時(shí)機(jī)對(duì)效果無(wú)顯著影響。這為 HD-Theta-otDCS 可有效增強(qiáng)聯(lián)想記憶提供了有力證據(jù)，表明該技術(shù)在記憶增強(qiáng)方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值

不同實(shí)驗(yàn)條件下正確回憶出的單詞的比例

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otDCS與傳統(tǒng)tDCS、tACS橫向比較

與傳統(tǒng)tDCS的對(duì)比

機(jī)制差異：

tDCS通過(guò)持續(xù)去極化增強(qiáng)皮層興奮性，但缺乏節(jié)律特異性。

tACS通過(guò)雙向極性切換（如±1 mA）誘導(dǎo)膜電位周期性波動(dòng)，可能干擾靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

otDCS維持直流極化的同時(shí)，通過(guò)振蕩成分調(diào)節(jié)突觸可塑性的時(shí)間窗口；且單向振蕩避免極性反轉(zhuǎn)，更適合長(zhǎng)期穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。

效果差異：

在聯(lián)想記憶任務(wù)中，傳統(tǒng)tDCS主要提升低認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)表現(xiàn)（如短序列記憶），而otDCS對(duì)高負(fù)荷任務(wù)（如長(zhǎng)序列記憶）效果更顯著。

在記憶編碼階段，θ波段tACS和otDCS均增強(qiáng)高負(fù)荷任務(wù)表現(xiàn)，但tACS可能誘發(fā)視網(wǎng)膜幻視。

運(yùn)動(dòng)皮層研究中，tACS、tDCS無(wú)法離線增強(qiáng)皮質(zhì)脊髓興奮性，而otDCS使MEP振幅增加28%。

短期聯(lián)想記憶任務(wù)示意圖

三種tES技術(shù)對(duì)記憶任務(wù)的影響

注：otDCS與tACS對(duì)高負(fù)荷記憶任務(wù)效果更優(yōu)，而tDCS主要改善低負(fù)荷任務(wù)。

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應(yīng)用領(lǐng)域

運(yùn)動(dòng)康復(fù)領(lǐng)域

個(gè)體化β-otDCS已證實(shí)可增強(qiáng)中風(fēng)患者的皮質(zhì)脊髓通信。其通過(guò)調(diào)節(jié)M1區(qū)β振蕩，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)與功能重組。未來(lái)可探索與康復(fù)訓(xùn)練的聯(lián)合應(yīng)用方案。

認(rèn)知增強(qiáng)與神經(jīng)退行性疾病

HD-θ-otDCS在年輕健康群體中使聯(lián)想記憶準(zhǔn)確率提升11%，且對(duì)編碼和提取階段均有增益。針對(duì)輕度認(rèn)知障礙（MCI）患者的初步研究顯示，θ-otDCS可逆轉(zhuǎn)情景記憶衰退。

技術(shù)挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向

個(gè)體化頻率適配：需結(jié)合實(shí)時(shí)EEG監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)調(diào)整刺激參數(shù)。

多模態(tài)整合：與fNIRS或TMS聯(lián)用，可實(shí)時(shí)驗(yàn)證神經(jīng)調(diào)控效果（文獻(xiàn)1，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）。

長(zhǎng)效性研究：當(dāng)前otDCS效果持續(xù)約20-30分鐘，需探索多次刺激的累積效應(yīng)。

總結(jié)

otDCS通過(guò)融合直流極化與振蕩節(jié)律調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)興奮性與功能網(wǎng)絡(luò)同步性的雙重干預(yù)。其個(gè)體化頻率設(shè)置與高密度電極布局進(jìn)一步提升了空間與功能特異性。相較于傳統(tǒng)tDCS和tACS，otDCS在運(yùn)動(dòng)康復(fù)、記憶增強(qiáng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但仍需大規(guī)模臨床驗(yàn)證以優(yōu)化參數(shù)并拓展適應(yīng)癥。未來(lái)，隨著閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，otDCS有望成為精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控的核心工具。

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回映產(chǎn)品

1.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(zhuǎn)生物電極的設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品能夠非常便捷地被使用。回映便攜式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)通過(guò)多電極配置(1個(gè)中心電極和4個(gè)返回電極)實(shí)現(xiàn)高精度電流聚焦,精準(zhǔn)刺激目標(biāo)腦區(qū)。其核心優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)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(zhǔn)性。

HD-otDCS 模式：疊加振蕩電流于直流偏置，同步調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性與節(jié)律性活動(dòng)，高密度電極提升空間精度，頻率特異性與個(gè)體化參數(shù)優(yōu)化共振效應(yīng)。

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

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

HD-tRNS模式：HD-tRNS 對(duì)顯式和隱式計(jì)時(shí)任務(wù)的影響不同,用于研究大腦的計(jì)時(shí)機(jī)制和時(shí)間處理能力等。

HD-Phase-shiftedtACS模式：干預(yù)腦區(qū)間振蕩同步性、生成具特定時(shí)空特性顱內(nèi)電場(chǎng)以調(diào)控神經(jīng)活動(dòng)。

適用范圍:神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療，意識(shí)障礙和認(rèn)知功能調(diào)節(jié)，康復(fù)治療，運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能恢復(fù)。認(rèn)知增強(qiáng)、工作記憶優(yōu)化及精神分裂癥、抑郁癥等神經(jīng)精神疾病的網(wǎng)絡(luò)同步性調(diào)節(jié)。

回映自研type-C轉(zhuǎn)生物電極示意圖

基本參數(shù)

刺激強(qiáng)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%；

刺激時(shí)間：0~60min 可調(diào)；

刺激頻率：針對(duì)于 tPCS/tACS 模式，1Hz ～ 99Hz范圍內(nèi)可調(diào)，頻率步進(jìn)1Hz， 輸出頻率誤差<=±5%；

淡入淡出時(shí)間：0~120s 可調(diào)，確保刺激的安全性；

脫落檢測(cè)：通過(guò)實(shí)時(shí)阻抗檢測(cè)分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性；

相位同步：<=±2.5us; <=0.09°；

2.手持式tES

經(jīng)顱電刺激調(diào)控設(shè)備采用低強(qiáng)度的電流（±2mA以內(nèi))對(duì)大腦皮層的靶區(qū)域進(jìn)行刺激，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元興奮性、調(diào)節(jié)腦電波節(jié)律、促進(jìn)神經(jīng)重塑和修復(fù)、改善腦部供血等。

震蕩經(jīng)顱直流電刺激(otDCS)：改善認(rèn)知功能、增強(qiáng)聯(lián)想記憶，逆轉(zhuǎn)輕度認(rèn)知障礙患者的情景記憶衰退等

經(jīng)顱直流電刺激(tDCS)：治療精神分裂癥、抑郁癥、物質(zhì)成癮、阿爾茨海默病、腦卒中后的運(yùn)動(dòng)功能障礙、語(yǔ)言障礙、認(rèn)知障礙等

經(jīng)顱交流電刺激(tACS )：治療視功能障礙、認(rèn)知障礙,提高學(xué)習(xí)能力、工作記憶等

經(jīng)顱脈沖電刺激(tPCS)：增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)技能,緩解疲勞,促進(jìn)知覺(jué)學(xué)習(xí)任務(wù)、算術(shù)任務(wù)，調(diào)節(jié)注意力切換任務(wù)的準(zhǔn)確性,改善帕金森病患者的步態(tài)平衡等

經(jīng)顱隨機(jī)噪聲刺激(tRNS)：治療耳鳴,提高工作記憶、認(rèn)知能力等

移相經(jīng)顱交流電刺激模式(Phase-shifted tACS)：干預(yù)腦區(qū)間振蕩同步性、生成具特定時(shí)空特性顱內(nèi)電場(chǎng)以調(diào)控神經(jīng)活動(dòng)。

適應(yīng)癥：焦慮、抑郁、失眠、癲癇、強(qiáng)迫癥、注意缺陷多動(dòng)障礙、鞏固記憶、運(yùn)動(dòng)控制等。認(rèn)知增強(qiáng)、工作記憶優(yōu)化及精神分裂癥、抑郁癥等神經(jīng)精神疾病的網(wǎng)絡(luò)同步性調(diào)節(jié)。

回映便攜式tES設(shè)備示意圖

基本參數(shù)

刺激強(qiáng)度：10mA~30mA 連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差<=±10%

刺激頻率:1Hz~99Hz 范圍內(nèi)可調(diào)，頻率步進(jìn)為 1Hz，輸出頻率誤差 <=±5%

載波頻率:2KHz~100KHz 范圍內(nèi)可調(diào)，頻率步進(jìn)為 1KHz，輸出頻率誤差 <=±1%

刺激時(shí)間：0~60min可調(diào)

淡入淡出時(shí)間：0~120s 可調(diào)，確保刺激的安全性

脫落檢測(cè):通過(guò)實(shí)時(shí)阻抗檢測(cè)分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性