傳統經顱電刺激技術的局限性

傳統的經顱直流電刺激（tDCS）和經顱交流電刺激（tACS）是神經調控領域的兩大核心技術。tDCS通過恒定的直流電改變神經元膜電位，以極化或去極化方式調節皮層興奮性。其作用機制主要依賴于對靜息膜電位的持續性調整，但缺乏對特定腦節律的針對性干預。tACS則通過正弦波交流電以特定頻率（如θ或β波段）調節神經振蕩，但其雙向極性切換可能干擾功能網絡的同步性。

研究表明，傳統tDCS的電場分布廣泛，難以實現局部精準刺激。例如，標準tDCS的1×1電極布局會在靶區外形成顯著電流擴散，甚至影響深部結構。而tACS雖能通過頻率匹配增強內源性振蕩，但其離線效應（即刺激后持續效果）有限。

otDCS的創新

振蕩經顱直流電刺激（oscillatory tDCS, otDCS）的提出，旨在整合tDCS與tACS的優勢。其核心設計是將振蕩電流疊加于直流偏置上，同時實現神經元興奮性調節和節律性神經活動同步。

otDCS的電流波形為單向振蕩（例如：在1.5 mA基礎上疊加±0.5 mA的正弦波動），既保留了tDCS的極化效應，又通過頻率特異性刺激增強目標腦區的振蕩耦合。例如，在β波段（15-35 Hz）個體化otDCS中，刺激頻率根據受試者皮質肌肉連貫性（CMC）的峰值頻率定制，顯著提升了運動皮層的振蕩同步性。

otDCS電流波形與刺激部位及電場示意圖

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作用原理與神經機制

雙模調控：興奮性與振蕩同步的協同效應

otDCS的獨特機制在于同時作用于神經元膜電位和振蕩節律。直流成分通過改變靜息膜電位（如陽極刺激誘導去極化），提高皮層興奮性；而振蕩成分通過共振效應增強內源性節律的功率和相位一致性。

在初級運動皮層（M1）的研究中，個體化β波段otDCS顯著增強了皮質肌肉連貫性（CMC）和運動誘發電位（MEP）。實驗顯示，otDCS刺激后CMC立即增加15%，且效果持續20分鐘以上，而傳統tDCS和tACS無顯著變化。這種協同效應可能源于突觸可塑性的時間依賴性增強（STDP），即振蕩電流通過精準匹配神經元放電時間窗強化突觸連接。

otDCS、tACS和tDCS對歸一化皮質肌肉連貫性（CMC）的影響對比

頻率特異性與個體化參數

otDCS的效果高度依賴頻率匹配。例如，當采用固定20 Hz的β波段刺激時，CMC的增強程度與個體原始CMC峰值頻率和20 Hz的差異呈負相關。這表明，個體化頻率設置能最大化共振效應。

個體化頻率對CMC的影響

HD-otDCS高密度電極布局與空間聚焦

為提升空間精度，高密度otDCS（HD-otDCS）采用多電極環狀陣列。例如，頂葉皮層的HD-θ-otDCS使用中央陽極（P3）和四個環形返回電極（CP1、CP5、PO3、PO2），將電流密度集中于靶區。電場模擬顯示，該布局在左頂葉皮層產生的電場強度是傳統tDCS的2.3倍，且深部擴散減少60%。

高密度θ 振蕩調制經顱直流電刺激（HD-Theta-otDCS）

HD-Theta-otDCS 刺激在編碼和檢索階段均能顯著提升聯想記憶表現，且刺激時機對效果無顯著影響。這為 HD-Theta-otDCS 可有效增強聯想記憶提供了有力證據，表明該技術在記憶增強方面具有潛在應用價值

不同實驗條件下正確回憶出的單詞的比例

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otDCS與傳統tDCS、tACS橫向比較

與傳統tDCS的對比

機制差異：

tDCS通過持續去極化增強皮層興奮性，但缺乏節律特異性。

tACS通過雙向極性切換（如±1 mA）誘導膜電位周期性波動，可能干擾靜息態網絡。

otDCS維持直流極化的同時，通過振蕩成分調節突觸可塑性的時間窗口；且單向振蕩避免極性反轉，更適合長期穩定性調節。

效果差異：

在聯想記憶任務中，傳統tDCS主要提升低認知負荷任務表現（如短序列記憶），而otDCS對高負荷任務（如長序列記憶）效果更顯著。

在記憶編碼階段，θ波段tACS和otDCS均增強高負荷任務表現，但tACS可能誘發視網膜幻視。

運動皮層研究中，tACS、tDCS無法離線增強皮質脊髓興奮性，而otDCS使MEP振幅增加28%。

短期聯想記憶任務示意圖

三種tES技術對記憶任務的影響

注：otDCS與tACS對高負荷記憶任務效果更優，而tDCS主要改善低負荷任務。

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應用領域

運動康復領域

個體化β-otDCS已證實可增強中風患者的皮質脊髓通信。其通過調節M1區β振蕩，促進運動學習與功能重組。未來可探索與康復訓練的聯合應用方案。

認知增強與神經退行性疾病

HD-θ-otDCS在年輕健康群體中使聯想記憶準確率提升11%，且對編碼和提取階段均有增益。針對輕度認知障礙（MCI）患者的初步研究顯示，θ-otDCS可逆轉情景記憶衰退。

技術挑戰與優化方向

個體化頻率適配：需結合實時EEG監測動態調整刺激參數。

多模態整合：與fNIRS或TMS聯用，可實時驗證神經調控效果（文獻1，實驗設計）。

長效性研究：當前otDCS效果持續約20-30分鐘，需探索多次刺激的累積效應。

總結

otDCS通過融合直流極化與振蕩節律調控，實現了神經興奮性與功能網絡同步性的雙重干預。其個體化頻率設置與高密度電極布局進一步提升了空間與功能特異性。相較于傳統tDCS和tACS，otDCS在運動康復、記憶增強等領域展現出獨特優勢，但仍需大規模臨床驗證以優化參數并拓展適應癥。未來，隨著閉環調控系統的開發，otDCS有望成為精準神經調控的核心工具。

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回映產品

1.便攜式HD-tES

回映便攜式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)創新地采用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)實現高精度電流聚焦,精準刺激目標腦區。其核心優勢在于通過縮小電極尺寸(直徑12mm的環形電極)和增加電極數量,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，同步調節神經元興奮性與節律性活動，高密度電極提升空間精度，頻率特異性與個體化參數優化共振效應。

HD-tDCS模式：調節皮層興奮性,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。

HD-Phase-shiftedtACS模式：干預腦區間振蕩同步性、生成具特定時空特性顱內電場以調控神經活動。

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

回映自研type-C轉生物電極示意圖

基本參數

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；

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)對大腦皮層的靶區域進行刺激，進而達到調節大腦皮層神經元興奮性、調節腦電波節律、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，調節注意力切換任務的準確性,改善帕金森病患者的步態平衡等

經顱隨機噪聲刺激(tRNS)：治療耳鳴,提高工作記憶、認知能力等

移相經顱交流電刺激模式(Phase-shifted tACS)：干預腦區間振蕩同步性、生成具特定時空特性顱內電場以調控神經活動。

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。

回映便攜式tES設備示意圖

基本參數

刺激強度：10mA~30mA 連續可調，調節分辨率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確保刺激有效性