傳統(tǒng)經顱電刺激的困境與ISP 技術的誕生背景

經顱電刺激（Transcranial Electrical Stimulation, TES）作為一種非侵入性神經調控技術，在神經和精神疾病治療中展現(xiàn)出潛力，但其臨床應用長期受限于三大核心問題：

空間聚焦性不足：傳統(tǒng)TES的電場在顱內呈擴散性分布，難以精準靶向特定腦區(qū)。

穿透深度有限：無法有效作用于深部腦區(qū)（如海馬體），限制了其在癲癇、帕金森病等需要深部調控的疾病中的應用。

外周副作用顯著：較高刺激強度易引發(fā)皮膚刺痛、灼傷感甚至前庭反應。傳統(tǒng)TES的長時間持續(xù)電流會導致電荷在頭皮累積，增加外周神經興奮風險。

其他刺激技術，如HD-tDCS通過多電極陣列提升空間精度，但對深部結構（如海馬、丘腦）的調控效果有限；TI刺激利用高頻電流干涉產生低頻電場，雖能穿透更深腦區(qū)，但依賴精確電極定位且高頻成分易誘發(fā)外周神經刺激 。交叉短脈沖刺激（Intersectional Short-Pulse Stimulation, ISP）正是在這一背景下誕生的革新性技術，其核心在于利用神經元膜的時間積分特性，實現(xiàn)電場的非矢量整合，從而突破傳統(tǒng)TES的物理限制。

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ISP的技術原理與核心優(yōu)勢

非矢量整合機制

傳統(tǒng)TES遵循麥克斯韋電磁理論的疊加原理，即多個電流源的電場在細胞外空間以矢量方式疊加。例如，同時施加的雙極電場會因方向相反導致部分抵消，限制聚焦效果。ISP則顛覆這一邏輯，通過順序施加快速短脈沖（脈沖寬度100 μs，間隔5-50 μs），使神經元膜以標量方式整合電場效應。具體機制如下：

動態(tài)電場交替：ISP刺激通過多個獨立電極對交替施加短脈沖（100 μs），電場方向和強度在時間上快速變化。

不同電源配置下經顱電刺激（TES）中電場分布的等效性

膜電容的累積效應：神經元膜具有電容特性，能夠將短時間內交替的電場效應累加，形成穩(wěn)定的跨膜電位變化。

大鼠在對稱交叉短脈沖刺激（ISP）期間的體內跨膜電位記錄

非線性響應：神經元對電場的響應具有非線性特征，ISP通過標量整合放大深部腦區(qū)的刺激效果，同時減少外周組織的干擾。

閉環(huán)干預和ISP刺激序列

這一機制使ISP能夠克服傳統(tǒng)TES的鏡像效應，實現(xiàn)更均勻的深部腦區(qū)刺激。

技術設計要素：脈沖參數(shù)與空間聚焦

ISP通過以下設計實現(xiàn)精準調控：

多極旋轉脈沖序列：使用3-6對電極，按順序激活不同電極對，在顱內形成交叉電場路徑。例如，在大鼠實驗中，三對電極交替脈沖（每對脈沖2.5 μs）可在左右海馬分別產生定向電場，避免傳統(tǒng)雙極刺激的對稱擴散 。

ISP刺激電極位置與原理示意圖

交叉短脈沖（ISP）刺激與亂序ISP刺激對人類受試者腦電圖（EEG）影響的比較

短脈沖與電荷平衡：單個脈沖寬度10-100 μs，序列總電荷平衡（正負脈沖電量相等），既減少電荷累積引發(fā)的外周刺激，又確保膜電位的有效累積。

動態(tài)電場方向切換：通過快速切換電極極性，使目標區(qū)域神經元持續(xù)接受不同方向的電場刺激，增強局部整合效應，而外周組織因短脈沖的瞬時作用難以產生持續(xù)興奮。

交叉短脈沖（ISP）刺激能夠在空間上聚焦所誘導的電場

核心優(yōu)勢對比

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ISP研究成果

計算模型與人體實驗

為驗證ISP的電場分布，研究者利用ROAST有限元模型模擬顱內電場，并在人類尸體中進行實測。結果顯示：

模型與實測高度吻合：在94種刺激模式中，模擬與實測的電壓梯度相關性達0.879，均方根誤差（RMSE）僅0.6048 V/m，證實ROAST模型對ISP的適用性。

空間聚焦性量化：當電極對間距增大時，電場梯度預測精度提升；而鄰近電極刺激因組織分流效應導致模型誤差增加，提示電極布局對聚焦的重要性（文獻1 -圖2H）。

在大鼠模型中，ISP的電場聚焦性進一步得到驗證：通過三對電極的旋轉脈沖，可使同側海馬神經元放電率提升1.8倍，而對側僅增加0.017倍，證實了半球特異性調控 。

神經元響應機制：從單細胞到網絡層面

單細胞電生理證據(jù)：在大鼠體感皮層L2/3錐體神經元中，ISP誘導的跨膜電位變化與脈沖序列的標量和高度相關（R=0.98），而與矢量和相關性較低（R=0.71）。即使在弱電場（1 mV/mm）下，順序脈沖仍能通過累積效應引發(fā)動作電位，而同時刺激需更高強度（3 mV/mm）才能達到相同效果。

交叉短脈沖刺激（ISP）和彌散性經顱電刺激對人腦中單個神經元影響的模擬

網絡水平調控：在顳葉癲癇（TLE）大鼠模型中，閉環(huán)ISP刺激可使海馬seizure持續(xù)時間較假刺激減少49%，較傳統(tǒng)TES減少41%，并將運動性發(fā)作嚴重程度（Racine評分）從4.88降至2.53。機制上，ISP通過破壞癲癇網絡的同步性，阻斷異常放電的擴散 。

人體實驗：從安全性到腦網絡調控

在19名健康受試者中，ISP展現(xiàn)出對人腦網絡的直接影響：

alpha波相位調制：當施加4.5-7.5 mA的1 Hz正弦脈沖時，枕葉alpha波振幅隨刺激相位呈現(xiàn)周期性變化。陽極同側半球的alpha波在脈沖峰值時增強，陰極對側則減弱，表明ISP可同步調制神經元群體的膜電位 。

對人類受試者頭皮進行的交叉短脈沖（ISP）刺激以相位方式調節(jié)其正在進行的α腦振蕩

安全性特征：盡管4.5 mA以上刺激可引發(fā)輕微刺痛、金屬味覺等主觀感受，但無嚴重副作用，且效應隨刺激結束迅速消失。通過優(yōu)化電極布局（如32電極陣列），可進一步降低局部電流密度，提升耐受性 。

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ISP的應用領域

癲癇治療

與傳統(tǒng)迷走神經刺激（VNS）相比，ISP具有更高的空間靶向性，可直接作用于癲癇灶（如海馬），減少對正常腦區(qū)的干擾 。

神經精神疾?。喊邢蛏畈窟吘壪到y(tǒng)

抑郁癥：ISP可穿透至前額葉皮層下結構（如腹側被蓋區(qū)），調節(jié)多巴胺能神經元活動。在動物模型中，深部電場對獎賞回路的調控已被證實可改善抑郁樣行為。

帕金森?。?/strong>通過靶向丘腦底核或蒼白球，ISP有望調節(jié)異常運動網絡的振蕩，緩解震顫和運動遲滯。其非侵入性優(yōu)勢可避免深部腦刺激（DBS）的手術風險。

神經科學研究：解析腦網絡動態(tài)

ISP的高時空精度使其成為研究腦網絡連接的理想工具。例如，通過聚焦于特定腦區(qū)（如默認模式網絡節(jié)點），可實時解析其與其他區(qū)域的功能連接變化，為神經環(huán)路研究提供新手段 。

總結

ISP通過顛覆傳統(tǒng)TES的電場疊加原理，利用神經元膜的生物物理特性，實現(xiàn)了非侵入性深部腦調控的突破。其核心價值在于將 “擴散性電場” 轉化為 “靶向性電荷積分”，為癲癇、抑郁癥等難治性疾病提供了全新治療范式。隨著計算模型的優(yōu)化和人體實驗的深入，ISP有望成為繼DBS之后的又一革命性神經技術，開啟非侵入性精準神經調控的新時代。

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回映產品

1.交叉脈沖電刺激(ISP)設備（只做ODM或者聯(lián)合開發(fā)）

核心工作機理：ISP（Intersectional Short-Pulse Stimulation，交叉短脈沖刺激）是一種基于非矢量電場整合的新型經顱電刺激技術，通過動態(tài)交替短脈沖序列精準調控目標腦區(qū)，突破傳統(tǒng)TES（經顱電刺激）的空間擴散與深度限制。

其核心機理包括：

A.時序電場整合：采用多電極對（3-6對）交替釋放超短脈沖（ μs級），利用神經元膜的電容特性累積跨膜電位，實現(xiàn)深部腦區(qū)的標量疊加效應，避免傳統(tǒng)TES的電場抵消問題。

B.動態(tài)路徑聚焦：通過快速切換電極對的激活順序（如旋轉脈沖序列），在目標腦區(qū)（如海馬、丘腦）形成交叉電場，增強局部刺激強度，同時減少外周組織（如皮膚、肌肉）的電荷累積。

C.非線性神經響應：短脈沖（10-100 μs）結合電荷平衡設計，優(yōu)先激活高閾值深部神經元，而低閾值外周神經因脈沖間隔（5-50 μs）過短無法有效整合，從而降低副作用

關鍵參數(shù)

參數(shù)類別典型值/范圍作用說明

脈沖寬度:10-100 μs 短脈沖減少皮膚刺痛，同時確保神經元膜的有效積分。

脈沖間隔:5-50 μs 短于外周神經整合時間（>200 μs），避免肌肉或皮膚興奮。

電流強度:1-7.5 mA（人體安全閾值內） 深部刺激需更高電流（如4.5 mA以上），但通過多電極分流降低局部電流密度。

電極配置:3-6對高導電極陣列 優(yōu)化空間聚焦性，例如32電極布局可提升深部靶向精度（誤差<0.6 V/m）。

適應癥

A.癲癇

靶向治療：精準作用于癲癇灶（如顳葉海馬），閉環(huán)刺激可減少49%的發(fā)作時長（動物模型），優(yōu)于傳統(tǒng)TES（41%）和VNS（迷走神經刺激）。

機制：破壞異常放電同步性，降低Racine評分（從4.88降至2.53）。

B.神經精神疾病

抑郁癥：調控前額葉-腹側被蓋區(qū)多巴胺環(huán)路，改善獎賞功能（動物實驗驗證）。

帕金森?。悍乔秩胄蕴娲鶧BS（深部腦刺激），靶向丘腦底核，調節(jié)β振蕩緩解震顫。

C.科研應用

腦網絡解析：通過α波相位調制（如1 Hz正弦脈沖）研究默認模式網絡動態(tài)連接。

神經可塑性研究：短脈沖序列可誘導長時程增強（LTP）或抑制（LTD），探索學習與記憶機制

2.便攜式HD-tES

回映便攜式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)創(chuàng)新地采用type-C轉生物電極的設計使得產品能夠非常便捷地被使用?；赜潮銛y式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)通過多電極配置(1個中心電極和4個返回電極)實現(xiàn)高精度電流聚焦,精準刺激目標腦區(qū)。其核心優(yōu)勢在于通過縮小電極尺寸(直徑12mm的環(huán)形電極)和增加電極數(shù)量,顯著提升刺激的聚焦性和精準性。

HD-otDCS 模式：疊加振蕩電流于直流偏置，同步調節(jié)神經元興奮性與節(jié)律性活動，高密度電極提升空間精度，頻率特異性與個體化參數(shù)優(yōu)化共振效應。

HD-tDCS模式：調節(jié)皮層興奮性,適用于中風康復、抑郁癥干預等。

HD-tACS模式：精準鎖定腦電頻段(如β-γ頻段改善強迫癥,4Hz增強工作記憶)適配認知障礙治療等。

HD-tRNS模式：HD-tRNS 對顯式和隱式計時任務的影響不同,用于研究大腦的計時機制和時間處理能力等。

調幅經顱交流電刺激模式（Amplitude-Modulated Transcranial Alternating Current Stimulation）：通過載波頻率（Carrier Frequency）與調幅頻率（AM Frequency）的協(xié)同作用，實現(xiàn)對目標腦區(qū)特定低頻神經振蕩（如Delta、Theta、Alpha波）的節(jié)律性夾帶（Entrainment），并精準調控跨頻耦合（Cross-Frequency Coupling, CFC）機制（如Theta-Gamma相位-振幅耦合），以優(yōu)化神經網絡的同步性與功能連接。

適用范圍:神經系統(tǒng)疾病治療，意識障礙和認知功能調節(jié)，康復治療，運動和認知功能恢復。認知增強、工作記憶優(yōu)化及精神分裂癥、抑郁癥等神經精神疾病的網絡同步性調節(jié)。

回映便攜式HD-TES設備示意圖

回映自研type-C轉生物電極示意圖

基本參數(shù)

刺激強度：-2mA~2mA 連續(xù)可調，調節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差 <=±10%；

刺激時間：0~60min 可調；

刺激頻率：針對于 tPCS/tACS 模式，1Hz ～ 99Hz范圍內可調，頻率步進1Hz， 輸出頻率誤差<=±5%；

淡入淡出時間：0~120s 可調，確保刺激的安全性；

脫落檢測：通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性；

相位同步：<=±2.5us; <=0.09°；

2.手持式tES

經顱電刺激調控設備采用低強度的電流（±2mA以內)對大腦皮層的靶區(qū)域進行刺激，進而達到調節(jié)大腦皮層神經元興奮性、調節(jié)腦電波節(jié)律、促進神經重塑和修復、改善腦部供血等。

震蕩經顱直流電刺激(otDCS)：改善認知功能、增強聯(lián)想記憶，逆轉輕度認知障礙患者的情景記憶衰退等

經顱直流電刺激(tDCS)：治療精神分裂癥、抑郁癥、物質成癮、阿爾茨海默病、腦卒中后的運動功能障礙、語言障礙、認知障礙等

經顱交流電刺激(tACS )：治療視功能障礙、認知障礙,提高學習能力、工作記憶等

經顱脈沖電刺激(tPCS)：增強運動技能,緩解疲勞,促進知覺學習任務、算術任務，調節(jié)注意力切換任務的準確性,改善帕金森病患者的步態(tài)平衡等

經顱隨機噪聲刺激(tRNS)：治療耳鳴,提高工作記憶、認知能力等

調幅經顱交流電刺激模式（Amplitude-Modulated Transcranial Alternating Current Stimulation）：通過載波頻率（Carrier Frequency）與調幅頻率（AM Frequency）的協(xié)同作用，實現(xiàn)對目標腦區(qū)特定低頻神經振蕩（如Delta、Theta、Alpha波）的節(jié)律性夾帶（Entrainment），并精準調控跨頻耦合（Cross-Frequency Coupling, CFC）機制（如Theta-Gamma相位-振幅耦合），以優(yōu)化神經網絡的同步性與功能連接。

適應癥：焦慮、抑郁、失眠、癲癇、強迫癥、注意缺陷多動障礙、鞏固記憶、運動控制等。認知增強、工作記憶優(yōu)化及精神分裂癥、抑郁癥等神經精神疾病的網絡同步性調節(jié)。

回映便攜式tES設備示意圖

基本參數(shù)

刺激強度：10mA~30mA 連續(xù)可調，調節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差<=±10%

刺激頻率:1Hz~99Hz 范圍內可調，頻率步進為 1Hz，輸出頻率誤差 <=±5%

載波頻率:2KHz~100KHz 范圍內可調，頻率步進為 1KHz，輸出頻率誤差 <=±1%

刺激時間：0~60min可調

淡入淡出時間：0~120s 可調，確保刺激的安全性

脫落檢測:通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性