经颅电刺激系列之高强度经颅交流电刺激Hi-tACS

经颅电刺激系列之高强度经颅交流电刺激Hi-tACS

经颅电刺激（TES）技术近年来在临床应用中不断取得突破，各种优化刺激方法相继涌现。其中，高强度经颅交流电刺激（Hi-tACS）因其独特的刺激波形和显著的临床效果而备受关注。本文将详细介绍Hi-tACS的工作原理、优势及其在医疗领域的应用。

随着TES技术临床应用的不断深入，研究人员不断探索出新的刺激方法来提高刺激聚焦性、刺激强度和刺激深度，目前涌现出来更多优化的经颅电刺激方法诸如：高精度经颅电刺激 HD-tES、相移经颅交流电刺激Phase-shifted tACS、振幅调制经颅交流电刺激AM-tACS、时间干扰电刺激tTIS、交叉脉冲电刺激ISP、高强度经颅交流电刺激Hi-tACS等方法。下图中为不同优化方式的具体示意。

图1 不同优化tES具体配置示意

A. 传统tACS: 电极的位置由刺激的位置决定，强度低。
B. 高精度经颅电刺激HD-tES：蓝色区域为阳极，黑色区域为阴极，通过4X1的方式实现高聚焦。
C.相移经颅交流电刺激Phase-shifted tACS：蓝色区域为阳极，黑色区域为共同的阴极；两个蓝色电极所施加的刺激只是在相位上有所不同。
D. 振幅调制经颅交流电刺激AM-tACS：蓝色区域为阳极，黑色区域为共同的阴极；由两个蓝色所施加的刺激电极分别是包络波和调制波。
E. 时间干扰电刺激tTIS：蓝色和黑色的区域是两对具有不同高频电刺激的电极，实现高深度和高聚焦的激活调控。
F. 交叉脉冲电刺激ISP：每个箭头两端有一对电极，每对电极的刺激时间不同，通过多对>100KHz的刺激电流实现高精度高聚焦且对刺激过程中实时采集脑电影响较小的调控方式。

高强度经颅交流电刺激Hi-tACS

强电流 tACS 概述强电流 tACS 采用交流脉冲方波，是提高刺激电流强度的优化方案之一，其刺激波形主要借鉴两种改进的电刺激波形——利莫日（Limoge）波形和列别捷夫（Lebedev）波形。Limoge 电流刺激波形，由一个强度高且持续时间短的正脉冲和一个强度低且持续时间长的负脉冲组成Lebedev 电流刺激波形，由 1:2～1:5 比例的交流脉冲和直流信号组成，两种刺激持续时间均为 3～4 ms，刺激电流包络频率为 77～78 Hz，具有良好的镇痛效果。强电流 tACS 波形由高振幅和低振幅的双相脉冲刺激组成，刺激包络频率为 77.5 Hz，电流强度可以高达 15 mA，配置电极放在前额和两个乳突。当最高刺激强度设为 15 mA 时，其刺激波形如图所示，图中还展示了 15 mA 峰值电流处大脑表面法向电场强度（normE）的分布。强电流刺激的优势与应用相较于传统 TES，强电流 tACS 大幅提升了电流刺激强度，电流强度高达 15 mA，而不产生灼热感等副作用。这是因为强电流 tACS 波形中无净直流，其波形是由高频信号、低频信号和随机信号调制获得的包络信号。此外，这种刺激模式采用大面积电极片，使得电流密度较小，皮肤感觉不明显，例如：Wang 等采用了一片 4.45 cm × 9.53 cm的额间电极片和两片 3.18 cm × 3.81 cm 的左右乳突电极片。

由于高刺激强度的设定，使强电流tACS 有效提升了到达脑深部核团的电场强度，强电流tACS可能使得下丘脑和脑干的部分结构兴奋，促进某些神经递质或受体的激活。尤其是，该刺激模式会刺激内源性阿片肽系统，从而增加 β-内啡肽等阿片肽的释放。此外，强电流tACS 的作用效果还与下丘脑中情绪相关通路的激活有关。目前，该技术已用于抑郁和失眠的治疗，临床报告的不良反应较少且随访期内效果良好。强电流tACS已经通过美国食品药品监督管理局（Food and DrugAdministration，FDA）认可，在国内也已经引进了TES治疗仪Nexalin ADI（Nexalin Technology Inc.，美国），并获得了国家药品监督管理局认证许可。

回映产品 Hi-tACS

便携式经颅强交流电刺激仪(Hi-tACS)采用非侵入性的10-30mA刺激电流直接刺激大脑区域，进而刺激大脑深部的神经核团、改变神经递质水平，影响脑电节律、改善脑区间的联络，从而增强脑功能，治愈疾病。

适用范围:焦虑、抑郁、失眠、癫痫、强迫症、注意缺陷多动障碍、巩固记忆、运动控制等。

基本参数

刺激强度：10mA30mA 连续可调，调节分辨率0.01mA，输出电流误差<=士10%；
刺激频率：1Hz99Hz 范围内可调，频率步进为1HZ，输出频率误差<=士5%；
载波频率：2KHz100KHz 范围内可调，频率步进为 1KHz，输出频率误差<=士1%；
淡入淡出时间：0120s 可调，确保刺激的安全性；
刺激时间：0~60min 可调；
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。

参考文献

Li, S., Tang, Y., Zhou, Y.,& Ni, Y.(2024)Effects of Transcranial Direct CurrentStimulation on Cognitive Function inOlder Adults with and without