多腦區協同的睡眠啟動機制

睡眠的啟動依賴于皮層與皮層下結構的動態交互。前額葉皮層通過調控皮層-丘腦-腦干環路，主導從覺醒到睡眠的過渡。實驗表明，前額葉神經元在睡眠初期會率先進入同步化狀態，其theta（5-7 Hz）和alpha（8-12 Hz）節律的增強直接反映睡眠壓力的積累。

丘腦的關鍵作用：丘腦不僅是感覺信息的中繼站，更是睡眠節律的“節拍器”。丘腦網狀核通過釋放GABA抑制丘腦-皮層神經元活動，減少外界感覺輸入，同時促進慢波振蕩（0.5-1 Hz）的生成。這種抑制性調控在非快速眼動睡眠（NREM）階段尤為顯著。

海馬與記憶鞏固：睡眠期間，海馬體的theta節律與皮層慢波活動形成跨頻耦合，促進記憶的離線處理。動物實驗顯示，海馬在睡眠啟動前數分鐘即出現同步化活動，提示其可能通過調控皮層-丘腦反饋環路加速睡眠進程。

睡眠-覺醒的腦區協同機制

睡眠階段的腦電特征

睡眠的不同階段對應特定的腦電圖（EEG）模式：

清醒期：以低幅高頻的beta（13-24 Hz）活動為主；

睡眠初期：theta和alpha活動逐漸增強，前額葉區域最先出現同步化；

慢波睡眠（SWS）：以高幅低頻的delta（0.5-4 Hz）和慢波活動（SWA）為標志；

REM睡眠：theta和gamma（>30 Hz）活動交替出現。

清醒狀態和非快速眼動睡眠腦電圖

HUIYING

經顱交流電刺激的作用機制

頻率特異性神經振蕩夾帶原理

tACS通過施加與目標腦波同頻的交流電場，誘導神經元集群的膜電位發生節律性振蕩。當刺激頻率（5 Hz）接近神經元的固有共振頻率時，會產生夾帶效應（entrainment），表現為

相位同步增強：神經元放電時間與刺激電場相位耦合

功率譜峰值偏移：主頻向刺激頻率靠攏

跨頻段耦合：theta-gamma（30-80 Hz）相位-振幅耦合增強

在5 Hz tACS實驗中，刺激后theta頻段（5-7 Hz）功率在左頂葉（P3）增加51.7±59.04%，且與10 Hz alpha活動呈現負相關（r=-0.68，p<0.01）

前顳葉腦區靶向與電流分布

電極布局和電流分布決定了刺激的腦區選擇性：

1.前額-顳葉靶向

電極位置：雙側F7-T7和F8-T8覆蓋前額葉下回、眶回及顳極，這些區域與睡眠啟動和情緒調節密切相關；

電流密度峰值：有限元模型顯示，電流在眶額皮層和顳葉前部的密度最高，可能通過調節邊緣系統增強睡眠傾向。

2.刺激參數的影響

頻率特異性：0.75 Hz的慢振蕩刺激（SW-tACS）可特異性增強慢波睡眠的SWA，而5 Hz的theta刺激更易提升睡眠初期的theta功率；

極性效應：陽極刺激比陰極刺激更易誘導皮層興奮性變化。

導聯示意圖與電流密度分布有限元建模

HUIYING

臨床研究驗證

清醒期EEG調控的對照實驗

一項單盲交叉研究納入25名健康受試者，對比5 Hz tACS與偽刺激的效果：

實驗設計（KSS：卡羅林斯卡嗜睡量表）

1.客觀腦電變化與主觀感受分離

5 Hz tACS可特異性增強后部腦區的theta活動（P3、Pz、T8）和中央前部的alpha活動（C4、F4），但主觀嗜睡感（KSS評分）未顯著高于偽刺激組。這一現象表明，tACS對皮層振蕩的調控作用可能獨立于意識層面的睡眠感知。

腦電圖功率變化與主觀嗜睡感的相關系數地形圖

2.環境因素干擾主觀評估

實驗設計中閉眼靜坐的環境本身可能誘發嗜睡感（如“午餐后困倦效應”），導致真實刺激與偽刺激組的KSS評分均上升。因此，未來研究需結合行為任務（如警覺性測試）以更精準評估主觀睡眠傾向。

3.個體響應差異的神經基礎

僅28%的受試者（7/25）在tACS后出現顯著theta功率變化。EEG基線分析顯示，響應者的左顳頂區alpha功率較高，提示皮層靜息態同步化水平可能是預測tACS療效的生物標志物。

θ-tACS 和假刺激條件下，基線和刺激后 EEG 頻譜功率的地形分布

睡眠結構的長時程調控研究

后續研究要求受試者在刺激后小睡，發現：

1.響應者亞組特征

SWA增幅顯著：響應者的慢波活動在睡眠初期提升15%-30%，且增幅隨睡眠進程遞減；

時間依賴性效應：SWA變化在入睡后20分鐘內最顯著，與睡眠壓力釋放的生理規律一致。

2.非響應者潛在因素

基線alpha活動：非響應者的枕葉alpha功率較低，可能反映皮層興奮性基線差異；

年齡相關性：老年受試者對0.75 Hz刺激的響應較弱，可能與皮層萎縮和慢波生成能力下降有關。

總結性結論：

現有研究證實，5 Hz前顳葉tACS可通過調節丘腦-皮層-海馬網絡增強睡眠壓力，在調控清醒期腦電活動和增強慢波睡眠方面具有明確療效，但其效果受個體神經基線狀態和年齡因素顯著影響。未來需通過多模態評估（EEG+行為指標）優化療效判定標準，并開發個體化刺激方案以克服響應率限制。

HUIYING

治療方案的實施參數

刺激參數

Montage刺激位點

安全性評估

在三項臨床研究中：

急性反應：100%受試者報告短暫皮膚刺痛（持續28.3±6.5秒）

長期影響：1個月隨訪未發現認知功能下降（MoCA評分變化0.3±1.1）

禁忌證：顱內金屬植入、癲癇病史、皮膚破損

HUIYING

回映產品

1.可穿戴閉環睡眠設備

個性化可穿戴閉環睡眠設備首先對EEG腦電信號 進行實時采集,并對EEG進行PSD功率圖譜轉換獲取到腦電節律Theta波(4-8Hz)以及Alpha波(8-13Hz)最高功率 所對 應的頻率,然后基于此頻率作為個性化tACS經顱交流電刺激 的刺激頻率進行恒流源輸出進而實現個性化閉環睡眠治療?

基本參數

采集系統基礎參數

采樣率：最高16KHZ；

共模抑制比：≥100dB；

噪聲：≤5uV；

輸入阻抗：≥1000MΩ；

腦電EEG：單通道，2~100uV。

刺激系統基礎參數

刺激模式：tDCS/tACS/tPCS/tRNS四種模式靈活可調，tDCS經顱直流電刺激，

tACS經顱交流電刺激，tPCS經顱脈沖電刺激，tRNS經顱白噪聲電刺激；

刺激強度：-2mA~2mA連續可調，調節分辨率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，頻率步進為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確保刺激有效性

2.便攜式經顱交流電刺激睡眠儀

便攜式經顱交流電刺激睡眠儀交替輸出兩個特定頻率(基于特定的腦電節律Theta波(48Hz)以及Alpha波(8-13Hz)確定)的tACS經顱交 流電刺激波形實行對睡眠障礙的干預治療?

基本參數

刺激模式:tDCS/tACS/tPCS/tRNS四種模式靈活 可調,tDCS經顱直流電刺激,tACS經顱交流電刺激, tPCS經顱脈沖電刺激,tRNS經顱白噪聲電刺激;

刺激強度:-2mA~2mA連續可調,調節分辨率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,頻率步進為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 確保刺激有效性?

參考文獻

1.Bilateral 5 Hz transcranial alternating current stimulation on fronto-temporal areas modulates resting-state EEG

2.The Efficacy of Transcranial Current StimulationTechniques to Modulate Resting-State EEG, to AffectVigilance and to Promote Sleepiness

3.Bilateral Theta Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) Modulates EEG Activity: When tACS Works Awake It Also Works Asleep