多极性时域干涉电刺激mTI比传统TI更聚焦？-电子发烧友网

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mTI多极性时域干涉电刺激概述

mTI（multipolar temporal interference）是对传统时域干涉（TI）刺激的一次重要升级。其核心思想是从“一对”包络升级到“多对”包络的协同工作，通过引入更多的电极对和载波频率，在脑内形成多个重叠的振幅调制区域，从而实现对刺激“焦点”的精准塑形。

系统构成与基础原理：

图1 mTI原理与在猕猴脑中提升聚焦性的实证

图1A（传统TI）两路高频信号（如1975Hz和2025Hz）在组织中干涉，产生一个低频（50Hz）的振幅调制包络。这个包络所在的“黄色区域”就是有效刺激区，但其范围较大且固定。

图1B（mTI构建）引入第二对（或更多）电极，使用不同的载波频率（如2975Hz和3025Hz）产生第二个50Hz包络。当这两个包络在空间上同相叠加时，它们会在重叠的核心区域形成一个幅度更大的“复合包络”。

图1C（mTI聚焦）通过降低每对电极的输入电流，使得在目标点叠加后的“复合包络”幅度与图1A中传统TI的单一包络幅度完全相同。此时，由于每个独立包络的强度都变弱了，只有在所有包络都强重叠的核心区域才能达到有效的刺激阈值，而原先传统TI中那些只有单一强包络的区域则因强度不足而无法被有效激活。这就好比用多个弱光手电筒同时照射同一个点，只有交汇处最亮，周围几乎无光；而传统TI则像一个强光手电，中心虽亮，但周围一大片区域也被照亮了。

核心优势——独立控制与深部聚焦：

mTI的最大优势就在于解耦了刺激强度与刺激范围。这一优势在图1D与图1E的猕猴脑实测数据对比中得到了完美体现。这两张图显示了在相同目标强度下，TI与mTI在三维空间内产生的调制指数分布。

图1D（传统TI）：高调制指数（黄色和红色）的区域非常广泛，形成了一个较大的“热点”，这意味着在刺激深部目标时，沿途和周边的大量非目标脑区也会受到较强的调制。

图1E（mTI）：在相同的目标点（红色箭头），高调制指数区域被极大地收敛，变得非常集中。这直观地证明了mTI能够将能量更精准地“聚焦”于目标点，显著减少了不必要的非目标脑区刺激。

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mTI与传统tTIS的区别

区别维度	传统 tTIS	多极性 mTI
电极与频率数量	如图1A所示，仅使用两对电极和两个高频载波，产生一个AM包络。	如图1B-C所示，使用多对电极（如4对）和多个高频载波（如8个），产生多个AM包络。
聚焦性与强度的耦合关系	强耦合。如图1A示意图，增大刺激强度会不可避免地扩大黄色的有效刺激区域，无法单独调节。	解耦合。如图1C示意图，通过增加包络数量并降低单个包络强度，可在保持目标点强度不变的同时，使刺激区域变得更小、更聚焦。
刺激区域的精准度	聚焦性有限。如图1D在猕猴脑中的实测结果所示，高调制指数（黄色）的区域分布较广。	聚焦性显著提升。如图1E的实测结果所示，高调制指数区域高度集中在目标电极周围。
跨物种适用性	在小型动物中聚焦挑战更大。如图2B左图所示，在小鼠脑中，传统TI的调制指数在多个电极上都较高，缺乏聚焦性。	缩放性良好。如图2B右图所示，mTI在小鼠脑中能产生一个尖锐的峰值，仅在目标电极（16号）处有高调制指数，证明了其在小型大脑中同样有效。

图2 tmTI在小鼠模型中提升聚焦性

图2通过在小鼠海马区植入线性电极阵列，记录了TI与mTI刺激下沿电极路径的调制指数，结果显示mTI在目标点产生尖锐峰值，证明其同样适用于小尺度大脑。

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临床研究：研究方法与结果

研究方法：

动物模型：使用了麻醉猕猴（验证基础电生理特性）、清醒行为猕猴（验证神经调控和行为影响）和小鼠（验证技术缩放性）。

刺激范式：在清醒猕猴实验中，如图3B和3C所示，mTI刺激被嵌入到两个行为任务中：任务1在持续注视期间给予刺激；任务2在眼动目标出现前后给予刺激。同时设置了伪刺激（SHAM）作为对照。

图3 清醒猕猴行为实验设置与模拟验证

记录与验证：使用深度电极（sEEG或线性阵列）记录目标脑区（如上丘）的神经活动。如图3D-F所示，通过频谱分析确保mTI信号正确抵达目标，并且刺激伪迹易于滤除，便于观察真实的神经活动。

研究结果：

成功诱发深部神经活动：在清醒猕猴的上丘，mTI成功调制了神经元放电。如图4A所示，在刺激结束后，mTI（红色）引起了神经元放电率的显著增加，而伪刺激（蓝色）和无刺激（黑色）条件下则没有此效应。

图4 mTI对清醒猕猴上丘神经元活动和瞳孔的影响

行为层面的影响：mTI并未干扰动物的任务表现或引发眼动，但引起了瞳孔扩张（图4A中排红色轨迹），这与电刺激上丘的已知生理效应一致。

功能相关活动的增强：如图4B所示，在眼动任务中，mTI刺激（红色）增强了与视觉引导眼动相关的神经元活动，表明mTI不仅能激活静息状态的神经元，还能调控与行为相关的神经环路。

聚焦性的实证：图2B（小鼠）和图1D-E（猕猴）的调制指数空间分布，以及图3G（计算机模拟）的电场分布，共同从多个层面证实了mTI在体内外均能实现更优的聚焦性。

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总结

mTI技术通过引入多通道、多频率的包络叠加，成功解决了传统TI刺激中刺激强度与聚焦性相互耦合的核心难题。通过跨物种（猕猴、小鼠）的电生理验证、清醒动物的行为学与神经记录以及计算机模拟等多种手段，系统地证明了mTI能够：

在保持深部目标刺激强度的同时，显著缩小刺激体积，提高聚焦性。

安全地调制清醒动物深部脑区（如上丘）的神经活动，并影响相关生理指标（如瞳孔）。

具备从大型到小型动物的良好缩放性，展现出广阔的临床前研究与未来临床应用的潜力。

mTI为非侵入性深部脑刺激提供了一个更精确、更灵活的工具，在神经疾病治疗、脑功能探索和脑机接口等领域具有重要的应用前景。

本研究通过跨物种电生理记录证实，多极性时域干涉刺激能在维持目标强度不变的前提下，于猕猴和小鼠脑中实现更尖锐的神经激活焦点；通过在清醒行为动物模型中的应用，首次证明其能安全、特异性地调控深部上丘的功能性神经活动；并借助计算机电磁模拟从物理机制上定量揭示，该技术能将高强度电场精准汇聚于靶点，将非目标脑区的过度刺激从传统时域干涉的20%降至1%以下。跨物种实验首先确立了多极性时域干涉刺激提升聚焦性的普适现象；清醒动物实验进而证明了这一物理优势可转化为对大脑功能的有效干预，明确了其应用价值；最终的计算机模拟则从底层电磁学原理提供了定量的机理解释，形成了一个自我验证的闭环。这三部分共同强有力地论证了核心观点：多极性时域干涉刺激通过其多通道物理特性，成功解决了传统非侵入深部脑刺激中聚焦性与强度相互耦合的根本性难题，为实现精准的深部神经调控提供了强有力的创新工具。

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回映产品

产品1：便携式TI时域干涉经颅电刺激仪

便携式TI时域干涉经颅电刺激仪通过紧密接触于头皮的电极传导两路不同频率的高频脉冲电流(如：2000Hz和2010Hz),高频电流流经大脑表层和深部区域，并在脑深部干涉产生低频包络(如：10Hz),由于大脑神经元对高频(>1000Hz)电刺激不响应，所以位于大脑表层的高频电流并没有对大脑产生刺激效应位于脑深部的低频包络刺激大脑，实现无创地刺激大脑深部而不影响大脑皮层，即无创脑深部电刺激。

回映便携式时域干涉电刺激设备支持传统的tTIS时域干涉电刺激模式（基于正弦波），PWM-TI时域干涉电刺激模式（基于50%占空比方波），burst-TI时域干涉电刺激模式,细分为tTI-iTBS，tTI-cTBS两种模式（基于iTBS，cTBS).

适用范围：

能够应用于对老年痴呆、癫痫、帕金森、抑郁症等多种神经系统疾病治疗和神经科学研究的多个领域。

回映便携式TI时域干涉经颅电刺激仪设备示意图

产品2：便携无创脑脊接口设备（可ODM定制开发）

回映这款非侵入性脑脊接口整机设备是一个高度集成的闭环神经调控系统，其核心工作流程始于一个配备32个电极的便携式脑电帽，用于无创采集用户大脑感觉运动皮层的神经信号。这些信号被实时传输至内置的信号处理与计算单元，该单元运行着先进的机器学习算法（线性判别分析，LDA），能够从特定的脑电节律（μ波和β波）中持续解码出下肢的运动意图，并将其量化为一个实时的“运动概率”。一旦该概率值超过预设阈值，计算单元会即刻向经皮脊髓电刺激器发出触发指令。刺激器则通过精准贴附于使用者背部T10脊髓节段和腹部的电极，输送出与运动意图同步的、特定参数（如30Hz，10-15mA）的电刺激，以激活脊髓神经网络，辅助运动完成。整个系统通过统一的硬件同步机制，确保了从“意念识别”到“脊髓刺激”整个环路的时间精度，最终形成一个由“大脑意图驱动、脊髓刺激辅助”的一体化康复设备，旨在通过这种精准的闭环干预促进脊髓损伤患者的神经功能重塑与运动功能恢复。

便携无创脑脊接口设备示意图

产品3：48通道8脑区同步高精度经颅电刺激设备

回映电子科技院线级多脑区高精度经颅电刺激设备(MXN-48)是一款可8脑区/8人同步干预的高精度经颅电刺激实验平台。其已突破了Soterix对该技术的垄断(Soterix产品Soterix MXN-33 高精度经颅电刺激系统其之前是市面上唯一款可对不同脑区进行同步精确干预的设备)回映高精度经颅电刺激产品M×N-48其具有48个独立输出通道，每个通道的波形，强度等参数都可以独立设置，可以实现对8个不同脑区的同步干预，不同脑区的相位同步性<0.1°，大大增强了tES的神经调控效果。回映高精度经颅电刺激设备提供了两种不同的操作模式以供研究者选择——基础模式和自由模式。基础模式使用更加方便，设定简单；自由模式则允许导入自定义电流波形，功能更加强大。

回映自研 48通道8脑区同步高精度经颅电刺激设备
适用范围：康复医学：运动功能障碍、语言障碍、认知障碍、吞咽障碍、意识障碍、上肢肌张力障碍、卒中后抑郁、卒中后疼痛等精神病学：抑郁症、焦虑症、强迫症、物质成瘾、创伤后应激障碍﹑精神分裂症等儿童康复：脑瘫、运动功能障碍、注意缺陷多动障碍、孤独症、阅读障碍、语言发育迟缓等神经病学：睡眠障碍、耳鸣、慢性疼痛、帕金森病、纤维肌痛、慢性疼痛(脊髓损伤下肢)、阿尔茨海默病、单侧忽略﹑偏头痛、神经性疼痛等脑科学研究：记忆、学习、言语等

产品4：手持式高精度经颅电刺激HD-tES设备

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。