感謝《腦客中國》直播平臺，感謝主持人的介紹，今晚能和大家交流關于非侵入性神經(jīng)調控技術的一些簡單理論知識，我倍感榮幸。我的分享是拋磚引玉，后續(xù)腦功能檢測與調控專委會將邀請其他學者大咖更加深入的、具體的講解無創(chuàng)診療技術在臨床應用方面的方法及心得。我今天主要講一些基礎的理論知識。術業(yè)有專攻，對于一些生理分子機制方面論述如有不當之處，敬請指正。“千里之行，始于足下”，授課過程中，我也會提出一些簡單問題，希望大家能一起探討，更加重視非侵入性神經(jīng)調控的基礎知識。
神經(jīng)調控技術方法較多。主要分為兩種，侵入性的和非侵入性的。侵入性的神經(jīng)調控手段主要涉及手術治療，不管是深部腦刺激DBS，還是硬膜外刺激，均需要在大腦顱骨內(nèi)部植入電極，通過電刺激既定部位來改善大腦損傷。非侵入性神經(jīng)調控技術是近些年發(fā)展起來的“新興勢力”，常見的有經(jīng)顱磁刺激、經(jīng)顱電刺激（包括直流電刺激、交流電刺激）、脈沖超聲刺激等。今天我主要以經(jīng)顱磁刺激和經(jīng)顱電刺激為例，跟大家分享目前這兩種較為火熱的無創(chuàng)神經(jīng)調控技術。
01.經(jīng)顱磁刺激和電刺激發(fā)展史
首先，我們先簡單來回顧一下經(jīng)顱磁刺激和電刺激發(fā)展歷史。1831年Faraday提出兩個通電線圈之間可以產(chǎn)生電磁效應，并于1896年發(fā)現(xiàn)，把兩個接通電池的線圈放在人類大腦頭部兩側，被試會產(chǎn)生光幻視現(xiàn)象，即視覺上出現(xiàn)閃光效應，由此推測變化的磁場會產(chǎn)生電場，并可進一步調控大腦功能。
1982年，Polson首次發(fā)現(xiàn)使用磁技術來刺激外周神經(jīng)，在對應的肌肉部位可產(chǎn)生運動誘發(fā)電位。1985年，Barker跨時代的將經(jīng)顱磁應用領域拓展到大腦運動皮層，標志著經(jīng)顱磁技術的正式誕生。自此，經(jīng)顱磁技術的發(fā)展突飛猛進，目前已成為臨床上一些精神類疾神經(jīng)類疾病的重要診療工具。經(jīng)顱電刺激的發(fā)展歷史更為悠久，該技術的產(chǎn)生可以追溯到18世紀末，那時，就已經(jīng)有人使用電鰻對精神、心理異常患者進行診斷治療。
1960s以后，經(jīng)顱電刺激正式作為一項大腦神經(jīng)調控的無創(chuàng)治療手段。應用初期，人們利用動物模型，來探究電刺激后動物的記憶力、注意力和警覺性等功能是否改變。1988年以后，由于很多精神及心理障礙的藥物副作用較大，人們對無副作用或低副作用的治療手段的渴望更加迫切。在此背景下，腦成像等技術的發(fā)展也一定程度上加大了人們對于電治療的關注度。
21世紀以后，隨著工藝水平的提高以及應用場景的拓展（從精神疾病到神經(jīng)疾病），經(jīng)顱電刺激技術的發(fā)展也開始日新月異。
02.大腦中的感應電流特征
無論經(jīng)顱磁還是經(jīng)顱電刺激，均可以利用磁場或電磁穿過大腦顱骨，進而改變大腦神經(jīng)電生理。
由于大腦不同腦組織的導電性不同，所以經(jīng)顱磁刺激或電刺激誘發(fā)的大腦電信號也呈現(xiàn)不同的強度。
總的來說，腦脊液富含Na、K離子和離子通道蛋白等，電荷豐富的離子使腦脊液發(fā)展出了良好的導電性。受到經(jīng)顱磁或電刺激以后，此部位的感應電流強度最高。而反觀腦白質，相較而言，導電能力就要差很多。大腦的內(nèi)部結構是錯綜復雜的，腦回、腦溝、腦脊液、腦白質、腦灰質等等，結構不同，電阻不同，這也對磁或電刺激時的治療靶點、刺激源放置角度等都有了更高要求。電刺激相對于磁刺激的空間分辨率更低，精準性不足。交流電的電場的瞬變使得其時間分辨率比直流電刺激更高。而超聲刺激的優(yōu)點是聚焦度高。
前文提到，直流電刺激起始于動物實驗，最初是用來探究動物的警覺性或注意力的腦變化機制。隨著技術的發(fā)展，臨床上逐漸將直流電刺激與腦電等結合，以達到更高的時間及空間分辨率。近二十年來，關于電刺激或磁刺激的文獻報道如雨后春筍，發(fā)展勢頭突飛猛進。迄今為止，已經(jīng)是臨床無創(chuàng)診療手段的重要工具了。
03.經(jīng)顱磁刺激的作用機制
經(jīng)顱磁刺激一般由刺激器、刺激線圈、冷卻設備、顯示器等部件組成。關于刺激機理大家也有一定程度的了解。
刺激器在接入電源后充電，形成一個電量龐大的巨大電容。通過向線圈輸入變化的電流，線圈周圍可形成相應變化的磁場，磁場及電場方向遵從“右手定律”。變化的磁場可穿透顱骨刺激大腦神經(jīng)，刺激部位的大腦神經(jīng)產(chǎn)生感應電流，進而達到調控神經(jīng)可塑性的作用。“8字型”線圈的磁場更為聚焦，刺激強度最高點位于線圈中央。圓形線圈的特點是刺激面積較大，但由于磁場比較分散的緣故，刺激深度相比于“8字型”淺一點。
一般線圈的刺激深度普遍在2-3cm左右，不同的刺激頻率對大腦的刺激效果也有所區(qū)別，大都遵從于低頻（≤1）抑制，高頻（≥5Hz）興奮。有文獻表明，1Hz-5Hz之間的刺激頻率的刺激效果差異性不大。關于感應電流的傳遞機制目前尚無統(tǒng)一定論。有人認為刺激信號的傳導方向是由大腦皮層通過錐體束傳遞到脊髓，通過換元到達運動神經(jīng)元，最后到達肌肉，產(chǎn)生肌肉收縮。
也有理論認為變化磁場誘發(fā)的大腦神經(jīng)電信號是從中間神經(jīng)元傳導至從錐體細胞，最后產(chǎn)生肌肉收縮。或產(chǎn)生的感應電流可直接作用于錐體細胞，促進軸突去極化，進而誘發(fā)肌肉狀態(tài)的變化。大腦在受到調控后，我們的語言、運動、認知、情感都可能發(fā)生一定程度的改變。因此，在進行治療靶點及刺激角度選擇時，需要格外注意刺激后所誘發(fā)的電流方向。后續(xù)，我會詳細闡述感應電流方向對刺激效果的影響。
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