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(yīng)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(tuán)隊(duì)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(shí)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(diǎn)，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(guān)注。

　　最近，天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部劉爽團(tuán)隊(duì)總結(jié)了TI電刺激相關(guān)的研究成果，從基本原理、研究進(jìn)展和發(fā)展方向等方面進(jìn)行了綜述。相關(guān)成果發(fā)表于醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(gè)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(gè)正弦電流在某些時(shí)刻相互疊加，而在某些時(shí)刻又相互抵消，最終會(huì)在大腦內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)在時(shí)域上大小波動(dòng)的低頻（?f=f1-f2）包絡(luò)波形，可以利用該低頻包絡(luò)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(guān)，即只有低頻電流才能誘發(fā)神經(jīng)元產(chǎn)生動(dòng)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(yīng)。Boyden等人首次在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了TI電刺激的可行性，他們應(yīng)用TI電刺激成功激活了小鼠海馬區(qū)的神經(jīng)元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)深部腦區(qū)的聚焦性和非侵入性的刺激，為腦刺激領(lǐng)域提供了一個(gè)新的研究方向。

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

　　02

　　研究進(jìn)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(dòng)物模型和人體實(shí)驗(yàn)來探究TI電刺激可能的臨床應(yīng)用，并取得了一定的成果。研究人員發(fā)現(xiàn)了TI電刺激對(duì)人類運(yùn)動(dòng)功能的有效性，TI電刺激能有效刺激人類大腦的運(yùn)動(dòng)皮層，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)功能。除了對(duì)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(fù)雜性可能限制了TI電刺激的臨床應(yīng)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(chǎng)。如圖2所示，研究人員采用優(yōu)化電極配置，施加多點(diǎn)刺激及研發(fā)硬件設(shè)備等方法進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高了TI電刺激的刺激強(qiáng)度和刺激聚焦性，促進(jìn)了TI電刺激的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

　　目前TI電刺激相關(guān)的文獻(xiàn)大多采用計(jì)算模型進(jìn)行研究，關(guān)于TI電刺激人體試驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究相對(duì)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(duì)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(gè)候選電極的最佳電極配置和注射電流。(c)多點(diǎn)時(shí)間相干 (MTI)方法：MTI 使用單個(gè)電極傳遞具有不同頻率的電流，可以同時(shí)刺激大腦中的多個(gè)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(shí)時(shí)測(cè)量生物阻抗。

　　03

　　發(fā)展方向

　　當(dāng)前TI電刺激的研究仍處于初級(jí)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(yīng)用及安全性。

　　一方面，TI電刺激的治療機(jī)制尚不明確，未來需要進(jìn)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(píng)估也是一個(gè)重要問題。

　　另一方面，模型研究表明，在人腦中的低電場(chǎng)強(qiáng)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(jìn)的優(yōu)化策略來提高TI電刺激的刺激強(qiáng)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(yīng)是否可以擴(kuò)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(gè)方面：原理、優(yōu)化、應(yīng)用和安全性。

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

　　論文第一作者為天津大學(xué)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(diǎn)，不代表新浪網(wǎng)觀點(diǎn)或立場(chǎng)。如有關(guān)于作品內(nèi)容、版權(quán)或其它問題請(qǐng)于作品發(fā)表后的30日內(nèi)與新浪網(wǎng)聯(lián)系。

相關(guān)知識(shí)

神奇的磁力：磁刺激技術(shù)在康復(fù)中的應(yīng)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(dòng)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(diǎn)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(zhǔn)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(yùn)動(dòng)形式

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