经颅电刺激系列之高精度经颅电刺激HD-TES

传统TES(经颅电刺激)是一种通过头皮电极向大脑施加微弱电流的非侵入神经调控技术,其原理是通过电流改变神经元膜电位,增强或抑制特定脑区活动。

传统经颅电刺激示意图

如图所示,TES主要有经颅直流电刺激(tDCS)经颅交流电刺激(tACS)和经颅随机噪声刺激(tRNS)等方式。它通过在头皮放置至少一个电极,利用不同类型电流发挥作用,电流强度通常为 1-2 mA,低于人体感知阈值,安全性高。其中最广泛研究和应用的是经颅直流电刺激(tDCS)和经颅交流电刺激()tACS)。

tDCS：通过直流电极性(阳极或阴极)改变神经元静息膜电位调节神经活动。阳极刺激通常增加神经元兴奋性,而阴极刺激降低兴奋性。

tACS：通过交流电频率与大脑固有频率匹配,调节脑电活动,促进神经振荡同步。

tRNS：探究大脑区域在特定认知任务中的作用,如研究辅助运动区(SMA)对显式和隐式计时任务的贡献。

然而,传统的TES采用大电极(25-35cm²)导致约60%电流在头皮和颅骨中的扩散导致无法精准聚焦到特定脑区。大量电流被头皮和颅骨分流,导致目标区域的电场强度不足。Dmochowski等(2011)研究表明,电流在生物组织中的分散性使得实现高空间精度的刺激非常困难。另外,患者个体解剖结构差异导致电场分布不可控,部分患者响应率低。所以,HD-TES高精度经颅电刺激便应运而生。

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高精度经颅电刺激HD-TES

HD-TES概述以及核心优势：HD-TES(高精度经颅电刺激)采用1个中心电极+4个环绕电极的配置,通过多通道协同约束电流，显著提升聚焦性。如下图,电场模拟显示,HD-TES在运动皮层的峰值强度为0.225 V/m,而传统tDCS扩散至0.366 V/m,相比于传统tDCS,HD-TES非目标区干扰减少50%如图：传统TES(左)与HD-TES(右)电场分布对比。

传统TES(左)与HD-TES(右)电场分布对比

HD-TES研究进展:早期研究对高精度tDCS关注较多,HD-tDCS可以改变运动皮层区域的兴奋性并诱导其神经可塑性,具有良好的耐受性。此外,HD-tDCS 影响大规模脑网络连接,从而可能影响多个频段的脑振荡;与之相比,高精度tACS选择性作用于特定频段的脑活动。2021年,Grover等采用HD-tACS展开对强迫症的研究,发现β-γ频段的神经调节可以有效减少强迫症行为。随后,又采用 8 × 1 电极配置对受试者施加tACS,发现4Hz刺激可以改善工作记忆(workingmemory,WM)和60Hz刺激可以改善长期记忆(long term memory,LTM)以上研究成果集中在单靶点刺激,而最近研究发现,具有特定功能联系的不同脑区同时接受刺激,比单一靶点刺激更有效地调节皮层的兴奋性,更有助于复杂性神经疾病的治疗。

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回映产品:便携式HD-TES

回映便携式高精度经颅电刺激仪(HD-tES)创新地采用type-C转生物电极的设计使得产品能够非常便捷地被使用。回映便携式高精度经颅电刺激仪(HD-tES)通过多电极配置(1个中心电极和4个返回电极)实现高精度电流聚焦,精准刺激目标脑区。其核心优势在于通过缩小电极尺寸(直径12mm的环形电极)和增加电极数量,显著提升刺激的聚焦性和精准性。

回映HD-tES支持多模式刺激,覆盖多场景需求：

HD-tDCS模式：调节皮层兴奋性,适用于中风康复、抑郁症干预等。

HD-tACS模式：精准锁定脑电频段(如β-γ频段改善强迫症,4Hz增强工作记忆)适配认知障碍治疗等。

HD-tRNS模式：HD-tRNS 对显式和隐式计时任务的影响不同,用于研究大脑的计时机制和时间处理能力等。

回映便携式HD-TES设备示意图

回映自研type-C转生物电极示意图

适用范围:神经系统疾病治疗，意识障碍和认知功能调节，康复治疗，运动和认知功能恢复。

基本参数

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍刺激强度：2mA~2mA 连续可调，调节分辨率0.01mA，输出电流误差 <=±10%；

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刺激时间：0~60min 可调；

刺激频率：针对于 tPCS/tACS 模式，1Hz ～ 99Hz范 围 内 可 调， 频 率 步 进 1Hz， 输 出 频 率 误 差<=±5%；

淡入淡出时间：0~120s 可调，确保刺激的安全性；

脱落检测：通过实时阻抗检测分析电极脱落状态确保刺激有效性。

相位同步：<=±2.5us; <=0.09°。‍‍‍‍‍‍‍