感谢《脑客中国》直播平台，感谢主持人的介绍，今晚能和大家交流关于非侵入性神经调控技术的一些简单理论知识，我倍感荣幸。我的分享是抛砖引玉，后续脑功能检测与调控专委会将邀请其他学者大咖更加深入的、具体的讲解无创诊疗技术在临床应用方面的方法及心得。我今天主要讲一些基础的理论知识。术业有专攻，对于一些生理分子机制方面论述如有不当之处，敬请指正。“千里之行，始于足下”，授课过程中，我也会提出一些简单问题，希望大家能一起探讨，更加重视非侵入性神经调控的基础知识。
神经调控技术方法较多。主要分为两种，侵入性的和非侵入性的。侵入性的神经调控手段主要涉及手术治疗，不管是深部脑刺激DBS，还是硬膜外刺激，均需要在大脑颅骨内部植入电极，通过电刺激既定部位来改善大脑损伤。非侵入性神经调控技术是近些年发展起来的“新兴势力”，常见的有经颅磁刺激、经颅电刺激（包括直流电刺激、交流电刺激）、脉冲超声刺激等。今天我主要以经颅磁刺激和经颅电刺激为例，跟大家分享目前这两种较为火热的无创神经调控技术。
01.经颅磁刺激和电刺激发展史
首先，我们先简单来回顾一下经颅磁刺激和电刺激发展历史。1831年Faraday提出两个通电线圈之间可以产生电磁效应，并于1896年发现，把两个接通电池的线圈放在人类大脑头部两侧，被试会产生光幻视现象，即视觉上出现闪光效应，由此推测变化的磁场会产生电场，并可进一步调控大脑功能。
1982年，Polson首次发现使用磁技术来刺激外周神经，在对应的肌肉部位可产生运动诱发电位。1985年，Barker跨时代的将经颅磁应用领域拓展到大脑运动皮层，标志着经颅磁技术的正式诞生。自此，经颅磁技术的发展突飞猛进，目前已成为临床上一些精神类疾神经类疾病的重要诊疗工具。经颅电刺激的发展历史更为悠久，该技术的产生可以追溯到18世纪末，那时，就已经有人使用电鳗对精神、心理异常患者进行诊断治疗。
1960s以后，经颅电刺激正式作为一项大脑神经调控的无创治疗手段。应用初期，人们利用动物模型，来探究电刺激后动物的记忆力、注意力和警觉性等功能是否改变。1988年以后，由于很多精神及心理障碍的药物副作用较大，人们对无副作用或低副作用的治疗手段的渴望更加迫切。在此背景下，脑成像等技术的发展也一定程度上加大了人们对于电治疗的关注度。
21世纪以后，随着工艺水平的提高以及应用场景的拓展（从精神疾病到神经疾病），经颅电刺激技术的发展也开始日新月异。
02.大脑中的感应电流特征
无论经颅磁还是经颅电刺激，均可以利用磁场或电磁穿过大脑颅骨，进而改变大脑神经电生理。
由于大脑不同脑组织的导电性不同，所以经颅磁刺激或电刺激诱发的大脑电信号也呈现不同的强度。
总的来说，脑脊液富含Na、K离子和离子通道蛋白等，电荷丰富的离子使脑脊液发展出了良好的导电性。受到经颅磁或电刺激以后，此部位的感应电流强度最高。而反观脑白质，相较而言，导电能力就要差很多。大脑的内部结构是错综复杂的，脑回、脑沟、脑脊液、脑白质、脑灰质等等，结构不同，电阻不同，这也对磁或电刺激时的治疗靶点、刺激源放置角度等都有了更高要求。电刺激相对于磁刺激的空间分辨率更低，精准性不足。交流电的电场的瞬变使得其时间分辨率比直流电刺激更高。而超声刺激的优点是聚焦度高。
前文提到，直流电刺激起始于动物实验，最初是用来探究动物的警觉性或注意力的脑变化机制。随着技术的发展，临床上逐渐将直流电刺激与脑电等结合，以达到更高的时间及空间分辨率。近二十年来，关于电刺激或磁刺激的文献报道如雨后春笋，发展势头突飞猛进。迄今为止，已经是临床无创诊疗手段的重要工具了。
03.经颅磁刺激的作用机制
经颅磁刺激一般由刺激器、刺激线圈、冷却设备、显示器等部件组成。关于刺激机理大家也有一定程度的了解。
刺激器在接入电源后充电，形成一个电量庞大的巨大电容。通过向线圈输入变化的电流，线圈周围可形成相应变化的磁场，磁场及电场方向遵从“右手定律”。变化的磁场可穿透颅骨刺激大脑神经，刺激部位的大脑神经产生感应电流，进而达到调控神经可塑性的作用。“8字型”线圈的磁场更为聚焦，刺激强度最高点位于线圈中央。圆形线圈的特点是刺激面积较大，但由于磁场比较分散的缘故，刺激深度相比于“8字型”浅一点。
一般线圈的刺激深度普遍在2-3cm左右，不同的刺激频率对大脑的刺激效果也有所区别，大都遵从于低频（≤1）抑制，高频（≥5Hz）兴奋。有文献表明，1Hz-5Hz之间的刺激频率的刺激效果差异性不大。有人认为刺激信号的传导方向是由大脑皮层通过锥体束传递到脊髓，通过换元到达运动神经元，最后到达肌肉，产生肌肉收缩。
也有理论认为变化磁场诱发的大脑神经电信号是从中间神经元传导至从锥体细胞，最后产生肌肉收缩。或产生的感应电流可直接作用于锥体细胞，促进轴突去极化，进而诱发肌肉状态的变化。大脑在受到调控后，我们的语言、运动、认知、情感都可能发生一定程度的改变。因此，在进行治疗靶点及刺激角度选择时，需要格外注意刺激后所诱发的电流方向。
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