一、閉環taVNS技術概述

經皮耳迷走神經刺激（taVNS）是一種非侵入性神經調控技術，通過電刺激耳甲腔等區域的迷走神經耳支（ABVN），實現對中樞神經系統的調節。閉環taVNS（CL-taVNS）于2020年由Badran等人正式提出，其核心特征是通過生物反饋信號實時調控刺激過程，形成“感知-處理-刺激”的閉環系統。與傳統開環taVNS相比，閉環系統能根據患者生理狀態動態調整參數，顯著提升治療針對性與效率。

現有閉環taVNS系統的技術形態有：呼吸門控耳迷走神經刺激（RAVANS）、運動激活耳迷走神經刺激（MAAVNS）。MAAVNS通過肌電圖（EMG）信號觸發taVNS，實現刺激與運動任務的精準同步。其技術架構包括：

?信號采集：在頰肌等部位放置EMG電極，實時捕捉肌肉電活動。

?數據處理：通過帶通濾波（20-80Hz）、整流和積分等步驟處理信號，設定個體化閾值

?刺激輸出：當EMG信號超過閾值時，釋放25Hz、300μs的脈沖序列，強度控制在痛閾以下。

兩種

技術形態閉環經皮耳迷走神經刺激

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中風后上肢運動障礙的神經生理基礎

神經損傷的解剖學機制

中風導致的上肢運動障礙主要源于皮質脊髓束（CST）損傷。當大腦中動脈閉塞等事件發生時，初級運動皮層（M1）、基底節等區域血流中斷，導致神經元凋亡和髓鞘脫失。研究指出，缺血性中風后，CST軸突運輸障礙可使遠端脊髓運動神經元失去營養支持，表現為肌肉弛緩性癱瘓。

皮質脊髓束（CST）損傷后的脊髓環路

神經可塑性障礙

盡管存在不可逆損傷，大腦可通過以下機制實現功能重組：

?同側皮層代償：健側M1通過胼胝體抑制解除，增強對患側的支配。

?皮質下通路激活：前庭脊髓束、網狀脊髓束等替代CST部分功能。

?突觸重塑：未受損神經元通過樹突棘增生形成新連接。fMRI研究顯示，中風后6個月，輔助運動區（SMA）的激活強度與上肢功能恢復呈正相關。

自主神經功能紊亂的影響

中風常伴隨自主神經失衡，表現為心率變異性（HRV）降低。HRV中的RMSSD（反映迷走神經張力）與上肢FMA-UE評分呈顯著正相關。自主神經失調可通過以下途徑影響運動康復：

?腦血流調節障礙：交感神經過度激活導致血管痙攣，減少運動皮層血流。

?炎癥級聯反應：迷走神經張力低下削弱對細胞因子的抑制作用，加重神經損傷。

心率變異性（HRV）與皮層振蕩活動（EEG）的相關性

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閉環taVNS改善上肢功能的核心機制

神經遞質系統的調控作用

閉環taVNS通過ABVN-NTS-LC通路調節單胺類神經遞質釋放：

?去甲腎上腺素（NE）：刺激孤束核（NTS）投射至藍斑（LC），促進NE釋放。NE可增強M1區錐體神經元興奮性，提高動作電位發放頻率。

?5 -羥色胺（5-HT）：通過中縫核通路調節脊髓運動神經元的突觸可塑性，改善肌肉協調。

?GABA與谷氨酸：閉環刺激可恢復紋狀體的興奮-抑制平衡，減少異常運動模式。

調控神經系統提升去甲腎上腺素（NE）

皮質脊髓束可塑性的增強效應

MAAVNS等閉環系統通過“運動-刺激”同步機制強化CST重塑：

?長時程增強（LTP）：刺激與運動執行的時間相關性可誘導M1區突觸效能持久增強。動物實驗顯示，閉環taVNS組的CST軸突芽生數量是開環組的1.8倍。

?運動皮層地圖重構：通過重復刺激，手部代表區向受損區域擴展。fMRI顯示，閉環治療8周后，患者M1區手功能代表區體積增加12%。

自主神經-運動功能的交互調節

閉環taVNS通過改善HRV間接促進運動康復：

?HRV與運動學習：RMSSD每增加5ms，WMFT測試中抓握任務完成時間縮短0.3秒。

?腦血流耦合：迷走神經張力升高可通過降壓反射增加運動皮層灌注。經顱多普勒顯示，閉環刺激時MCA血流速度提升15±3%。

?炎癥抑制：迷走神經介導的“膽堿能抗炎通路”可降低IL-6等細胞因子水平，減輕神經水腫。

下行抑制通路的調節

閉環taVNS可通過抑制脊髓背角傷害性傳入，減少痙攣發生：

?α2腎上腺素能受體激活：LC-NE系統投射至脊髓后角，抑制傷害性信號上傳。

GABAergic中間神經元激活：刺激促進脊髓抑制性中間神經元釋放GABA，緩解肌肉痙攣。的Ashworth量表數據顯示，閉環治療組痙攣評分下降1.2±0.4分，顯著優于對照組。

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臨床實驗研究與實際應用進展

隨機對照試點研究

研究方法：

樣本：20例慢性期中風患者（病程> 6個月），隨機分為MAAVNS組（n=10）和開環taVNS組（n=10）。

MAAVNS裝置及觸發原理圖概述

干預：

MAAVNS組：通過三角肌EMG觸發taVNS（25 Hz，500μs，2 mA），同步進行任務特異性訓練（TST），共12次/ 4周。

開環組：接受非同步taVNS（5 s ON/5 s OFF，總脈沖45,000次）+TST。

評估：采用Fugl-Meyer上肢評估（FMA-UE）、Wolf運動功能測試（WMFT）于基線、第3/6/9/12次治療后評估。

研究結果：

MAAVNS可能以更少的脈沖傳遞產生更顯著的效果

運動功能改善、刺激效率：MAAVNS組總脈沖數（36,070±3,205）較開環組（45,000）減少20%（P<0.03）。

研究結論：

閉環MAAVNS較開環taVNS可更高效地改善中風后上肢功能，且減少刺激負荷，其效應量與植入式VNS相當，提示非侵入性閉環調控的臨床潛力。

taVNS同步運動訓練療效研究

研究設計和刺激流程

指導同步訓練

研究方法：

樣本：150例亞急性期中風患者（病程2周- 6個月），隨機分為三組：

1.同步taVNS組：EMG觸發taVNS與運動訓練同步進行；

2.序貫taVNS組：taVNS先于運動訓練；

3.假刺激組：電極置于非迷走神經支配區。

干預：各組接受14天治療（每日1次，每次45-60 min），taVNS參數為25 Hz，300μs，強度

評估：主要終點為FMA-UE評分改善值，次要終點包括WMFT、肌電特征及心率變異性（HRV）。

研究結果：

FMA-UE改善：

同步組：Δ6.9±1.2分，顯著高于序貫組（Δ3.18±0.8）和假刺激組（Δ2.91±0.7）（P<0.01）。

同步組WMFT評分改善（Δ6.5±1.0）亦顯著優于其他兩組（P<0.05）。

HRV關聯：同步組治療后RMSSD（反映副交感神經張力）從28±6 ms增至35±7 ms，與FMA-UE改善呈正相關（r=0.52，P<0.01）。

肌電圖并指示由成功完成的運動觸發的經皮耳迷走神經刺激

研究結論：

閉環taVNS與運動訓練同步實施可顯著提升中風后上肢功能恢復，其機制可能與自主神經調控（HRV改善）和神經可塑性的協同作用相關，提示閉環系統在亞急性期康復中的優勢。

聯合治療策略的探索

“閉環taVNS+BCI”聯合方案：

?腦機接口：通過EEG識別運動想象意圖，作為taVNS觸發信號。

功能電刺激（FES）：在taVNS觸發同時，對癱瘓肌群施加電刺激，增強運動執行。初步結果顯示，聯合治療可使FMA-UE評分提升幅度增加30%。

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標準化治療參數

核心刺激參數設置

電極放置方案

推薦采用雙電極配置：

?主電極：直徑2mm銀-氯化銀電極，置于左耳甲腔，此處ABVN innervation率達100%。

?參考電極：置于耳后乳突區，減少頭皮電阻干擾。

?接地電極：前額中央，降低50Hz工頻干擾。

療程設計

?急性期（中風后2周- 3個月）：每日1次，連續28天。

?恢復期（3-6個月）：每周3次，持續12周。

?維持期（6個月后）：每月2次，防止功能退化。

結論

閉環taVNS通過EMG等生物信號的實時反饋，實現了對中風后上肢運動功能的精準調控。其核心機制包括神經遞質調節、皮質脊髓束重塑和自主神經功能改善。臨床研究顯示，標準化閉環治療可使FMA-UE評分提升7.2±1.8分，顯著優于傳統開環模式。未來需在精準刺激策略、長期療效機制等方面深入探索，同時解決設備成本和醫保覆蓋等產業化問題，推動該技術從實驗室向臨床廣泛轉化。

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回映產品

產品1.經皮耳迷走神經刺激（taVNS）

本產品采用經皮耳迷走神經刺激（taVNS）技術，采用經皮耳迷走神經刺激（taVNS）技術，通過非侵入性電刺激耳甲腔及耳甲艇的迷走神經分支，精準調控耳部迷走神經分支（耳甲腔CO10、耳甲艇CO15等穴位）；具有多種刺激模式、信號調節范圍大，直接作用于神經生理機制，可適用于睡眠障礙、焦慮癥狀、乏力、食欲減退、偏頭痛、以及癲癇等多種疾病的輔助治療。

經皮耳迷走神經刺激（taVNS）
回映自研經耳迷走神經電刺激耳甲電極

基本參數

刺激強度：0 - 30mA;

刺激頻率：1 - 200Hz;

刺激脈寬：100 - 1000us;

刺激維持ON狀態：1 - 500s;

刺激間歇OFF狀態：1 - 500s;

淡入淡出時間：0 - 10s.

產品2.單通道肌電/心電/皮電采集設備

單通道肌電采集設備創新性地采用type-C轉腦電電極以簡單輕便的方式實現了單通道肌電、心電、皮電采集，且基于結構與硬件的特殊設計，支持高原環境下進行采集。另外產品總體結構采用魔術貼設計，方便于全身佩戴。

單通道肌電/心電/皮電采集設備

基本參數

1.模數轉換：24位；

2.通道數：2；

3.示值準確度：誤差不大于±10%或±2μV,兩者取較大值；

4.測量范圍：測量范圍±350mV；

5.分辨率：分辨率≤2uV；

6.系統噪聲：系統噪聲≤1uV；

7.通頻帶：通頻帶為20Hz~250Hz(不包括陷波波段)；

8.差模輸入阻抗：差模輸入阻抗大于5MΩ；

9.共模抑制比：共模抑制比大于100dB；

10.工頻陷波器：設備有50Hz陷波器,衰減后幅值不大于5μV(峰-谷值)；

11.工作噪音：工作噪音不大于65dB(A)；

參考文獻

1.Closed-Loop Transcutaneous Auricular Vagal Nerve Stimulation: Current Situation and Future Possibilities

2.Auricular vagus nerve stimulator for closed?loop biofeedback?based operation

3.Closed-loop transcutaneous auricular vagus nerve stimulation for the improvement of upper extremity motor function in stroke patients: a study protocol

4.The Acute Effects of Varying Frequency and Pulse Width of Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation on Heart Rate Variability in Healthy Adults: A Randomized Crossover Controlled Trial

5.Brain–Heart Interaction During Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation

6.Transcranial Auricular Vagus Nerve Stimulation (taVNS) and Ear-EEG: Potential for Closed-Loop Portable Non-invasive Brain Stimulation

7.Design and Validation of a Closed-Loop, Motor-Activated Auricular Vagus Nerve Stimulation (MAAVNS) System for Neurorehabilitation

8.Motor Activated Auricular Vagus Nerve Stimulation as a Potential Neuromodulation Approach for Post-Stroke Motor Rehabilitation: A Pilot Study