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調控的基礎知識。
神經調控技術方法較多。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。非侵入性神經調控技術是近些年發展起來的“新興勢力”，常見的有經顱磁刺激、經顱電刺激（包括直流電刺激、交流電刺激）、脈沖超聲刺激等。今天我主要以經顱磁刺激和經顱電刺激為例，跟大家分享目前這兩種較為火熱的無創神經調控技術。
01.經顱磁刺激和電刺激發展史
首先，我們先簡單來回顧一下經顱磁刺激和電刺激發展歷史。1831年Faraday提出兩個通電線圈之間可以產生電磁效應，并于1896年發現，把兩個接通電池的線圈放在人類大腦頭部兩側，被試會產生光幻視現象，即視覺上出現閃光效應，由此推測變化的磁場會產生電場，并可進一步調控大腦功能。
1982年，Polson首次發現使用磁技術來刺激外周神經，在對應的肌肉部位可產生運動誘發電位。1985年，Barker跨時代的將經顱磁應用領域拓展到大腦運動皮層，標志著經顱磁技術的正式誕生。自此，經顱磁技術的發展突飛猛進，目前已成為臨床上一些精神類疾神經類疾病的重要診療工具。經顱電刺激的發展歷史更為悠久，該技術的產生可以追溯到18世紀末，那時，就已經有人使用電鰻對精神、心理異常患者進行診斷治療。
1960s以后，經顱電刺激正式作為一項大腦神經調控的無創治療手段。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（從精神疾病到神經疾病），經顱電刺激技術的發展也開始日新月異。
02.大腦中的感應電流特征
無論經顱磁還是經顱電刺激，均可以利用磁場或電磁穿過大腦顱骨，進而改變大腦神經電生理。
由于大腦不同腦組織的導電性不同，所以經顱磁刺激或電刺激誘發的大腦電信號也呈現不同的強度。
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展出了良好的導電性。受到經顱磁或電刺激以后，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，發展勢頭突飛猛進。迄今為止，已經是臨床無創診療手段的重要工具了。
03.經顱磁刺激的作用機制
經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，刺激部位的大腦神經產生感應電流，進而達到調控神經可塑性的作用。“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。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元，最后到達肌肉，產生肌肉收縮。
也有理論認為變化磁場誘發的大腦神經電信號是從中間神經元傳導至從錐體細胞，最后產生肌肉收縮。或產生的感應電流可直接作用于錐體細胞，促進軸突去極化，進而誘發肌肉狀態的變化。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的電流方向。
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