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电刺激在神经科学中被广泛应用于调节大脑活动和治疗多种神经疾病。然而，传统的电刺激方法通常需要通过外科手术将电极植入脑内，以实现对特定脑区的精准刺激，这不仅带来了手术风险，也增加了患者的负担。因此，非侵入性电刺激技术的研究和应用显得尤为重要。

时域干扰（Temporal Interference，TI）刺激是一种新兴的非侵入性电刺激技术，通过在头皮表面放置电极，生成多个高频电场，这些电场在大脑中相互干扰，仅在它们的交叉区域产生有效的低频调制，从而调节神经活动。TI刺激在理论上具有广泛的应用前景，但关于其实际效应的实验证据还相对有限。本研究旨在通过在非人类灵长类动物（猕猴）中进行实验，详细探讨TI刺激对单神经元峰值活动的影响，以评估TI刺激的有效性和应用潜力。

研究方法

实验对象为两只成年猕猴（Macaca mulatta），它们被训练执行视觉固定任务，以确保在记录过程中能够保持稳定的眼动和注意力，避免外部因素对神经活动的干扰。这些猕猴被放置在一个特制的实验台上，通过固定头的装置保持头部稳定。在每次实验中，猴子被要求注视屏幕中央的一个固定点，以确保其注意力集中且眼动稳定。

研究者们在猕猴头皮表面放置了多个电极，采用双频高频电流技术，从而实现TI刺激。具体来说：两组电极分别位于猕猴头部的不同位置，以确保高频电场在大脑内的交叉区域产生有效的低频调制；一组电极的载波频率固定为2000Hz，另一组电极的载波频率分别设为2005Hz、2010Hz和2020Hz，以产生5Hz、10Hz和20Hz的幅度调制频率。这些设置旨在测试不同频率的TI刺激对神经元峰值活动的影响，探讨在不同条件下，神经元活动如何响应不同的频率调制。

此外，为了精确测量神经元的活动，他们使用了先进的单神经元记录技术：在猕猴的大脑特定区域（例如初级视觉皮层V1）插入微电极，通过这些电极记录神经元的峰值活动。记录设备和技术的使用确保了高精度和高时间分辨率，能够捕捉到神经元在TI刺激下的细微变化。他们共记录了234个靠近TI刺激焦点的神经元活动，充分保证了数据的全面性和可靠性。

而且，他们还进行了详细的数据分析进行评估TI刺激对神经元峰值时间和频率的影响：使用相位锁定值（PLV）评估神经元峰值时间的变化，然后通过统计分析，评估不同TI刺激条件下神经元活动的一致性和去同步化现象，特别关注峰值时间的变化，最后分析不同刺激条件下神经元的放电频率，探讨TI刺激对峰值频率的影响。

研究结果分析

本文研究了经颅干扰交变电流刺激（TI-tACS）和传统经颅交变电流刺激（tACS）对恒河猴(Macaca mulatta)神经元活动的影响。研究通过一系列实验，训练恒河猴执行简单的视觉固定任务，控制外部感官和认知因素，以分析刺激对神经元脉冲时间和速率的影响。

实验任务包括视觉固定任务，用以控制可能影响神经活动的外部因素。实验中记录了234个神经元的活动，这些神经元位于TI-tACS刺激的预测焦点附近。对于TI-tACS实验，固定载波频率为2000 Hz，变化频率为2005、2010及2020 Hz，产生5、10和20 Hz的AM频率。电流和场强与人类研究相似，实验中调制深度不大于0.7 V/m，刺激电流不大于±2.5 mA。

TI-tACS可以改变神经元相对于振荡的峰值时间，但对峰值活动总体速率影响较小。实验中，图2A显示神经元在20 Hz包络的上升阶段有更有节律性的反应，PLV从基线时的0.02显著增加到0.17。而图2B中的神经元在施加5 Hz TI-tACS后节律性降低，PLV从基线时的0.14显著降低到接近0。

使用来自多个皮质区域（V4 7A和MT）和多个AM频率（5、10和20 Hz）的刺激，实验表明234个神经元中有28%（65/234）的神经元发生了显著的PLV变化。16个神经元显示出显著的夹带增加，而夹带减少在75%（49/65）的神经元中更为常见。

tACS对神经元的影响与TI-tACS相似，但总体效果更强。在基线活动水平较低的情况下，传统的tACS增加了更多神经元的夹带（46%）比TI-tACS（17%）。在基线活动的中等水平下，有时会观察到相互矛盾的影响

三种机制可能解释TI-tACS较传统tACS弱的原因：

1、电流分流：TI-tACS刺激的大部分电流被皮肤、肌肉和骨骼分流。这种效应在高频载波下尤为明显，导致进入大脑的电流减少。

2、神经元对AM成分的提取能力：神经元对TI-tACS的AM信号提取不完全。在额外实验中，使用传统tACS和单个调幅正弦波（AM-tACS）进行比较，结果显示神经元对AM信号的解调能力较差。

3、干扰电场的AM深度：由于物理限制，两个干扰电场产生的AM深度受到较弱电场的大小限制。这些问题在动物模型中尤为严重，可能在人类目标上也会发生。

为了进一步探讨TI-tACS和传统tACS的效果差异，研究进行了额外实验，比较传统tACS和单个调幅正弦波（AM-tACS）。实验发现常规tACS将中位PLV提高到0.20，而AM-tACS仅将其增加到0.10，表明神经元对AM信号的解调能力较差。

研究表明，TI-tACS和传统tACS对恒河猴神经元的影响相似，但TI-tACS总体效果较弱。TI-tACS对脉冲时间有显著影响，但对放电速率的影响较小。TI-tACS较弱的效果可能与电流分流、神经元对AM信号的提取能力以及干扰电场的AM深度限制有关。这些发现为未来的神经调控技术研究提供了重要的参考。

结论与展望

本研究通过在非人类灵长类动物中的实验，验证了TI刺激对神经元峰值时间的调控效果。结果表明，TI刺激能够显著改变神经元的峰值时间，特别是在基线相位锁定值较低的情况下。然而，与传统的tACS相比，TI刺激的效力较弱，其主要原因是高频分流效应和幅度调制解调的效率较低。尽管TI刺激效力较弱，但其非侵入性的特点使其在临床应用中具有广泛的前景，特别是在治疗癫痫、帕金森病等神经系统疾病中。TI刺激可以在不显著改变正常神经活动的情况下，有效干扰病理性活动，从而提供一种新的治疗手段。未来的研究应继续优化TI刺激的方法，探索更有效的电极配置和刺激参数，降低高频刺激的分流效应，增强幅度调制的解调效果。此外，还需开展更多的临床研究，验证TI刺激在不同神经疾病治疗中的效果。

而且，就技术改进方面，可以探索更先进的电极材料和设计，以提高电极与皮肤接触的稳定性和传导性。同时，发展新的信号处理算法，以提高刺激信号在大脑中的解调效果，增强对神经活动的调控能力。TI刺激技术的发展需要多学科的合作，包括神经科学、工程学、医学等领域的紧密合作。通过结合不同领域的优势，推动TI刺激技术的创新与应用，最终实现其在临床中的广泛应用。

总之，本研究为TI刺激技术的应用提供了重要的实验数据和理论支持，展示了其在神经调控和临床治疗中的潜力。通过进一步的研究和技术优化，TI刺激有望成为一种有效的非侵入性神经调控工具，为神经科学研究和临床治疗带来新的突破。

来源：脑机接口社区