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mTI多極性時域干涉電刺激概述

mTI（multipolar temporal interference）是對傳統(tǒng)時域干涉（TI）刺激的一次重要升級。其核心思想是從“一對”包絡升級到“多對”包絡的協(xié)同工作，通過引入更多的電極對和載波頻率，在腦內(nèi)形成多個重疊的振幅調(diào)制區(qū)域，從而實現(xiàn)對刺激“焦點”的精準塑形。

系統(tǒng)構(gòu)成與基礎(chǔ)原理：

圖1 mTI原理與在獼猴腦中提升聚焦性的實證

圖1A（傳統(tǒng)TI）兩路高頻信號（如1975Hz和2025Hz）在組織中干涉，產(chǎn)生一個低頻（50Hz）的振幅調(diào)制包絡。這個包絡所在的“黃色區(qū)域”就是有效刺激區(qū)，但其范圍較大且固定。

圖1B（mTI構(gòu)建）引入第二對（或更多）電極，使用不同的載波頻率（如2975Hz和3025Hz）產(chǎn)生第二個50Hz包絡。當這兩個包絡在空間上同相疊加時，它們會在重疊的核心區(qū)域形成一個幅度更大的“復合包絡”。

圖1C（mTI聚焦）通過降低每對電極的輸入電流，使得在目標點疊加后的“復合包絡”幅度與圖1A中傳統(tǒng)TI的單一包絡幅度完全相同。此時，由于每個獨立包絡的強度都變?nèi)趿?，只有在所有包絡都強重疊的核心區(qū)域才能達到有效的刺激閾值，而原先傳統(tǒng)TI中那些只有單一強包絡的區(qū)域則因強度不足而無法被有效激活。這就好比用多個弱光手電筒同時照射同一個點，只有交匯處最亮，周圍幾乎無光；而傳統(tǒng)TI則像一個強光手電，中心雖亮，但周圍一大片區(qū)域也被照亮了。

核心優(yōu)勢——獨立控制與深部聚焦：

mTI的最大優(yōu)勢就在于解耦了刺激強度與刺激范圍。這一優(yōu)勢在圖1D與圖1E的獼猴腦實測數(shù)據(jù)對比中得到了完美體現(xiàn)。這兩張圖顯示了在相同目標強度下，TI與mTI在三維空間內(nèi)產(chǎn)生的調(diào)制指數(shù)分布。

圖1D（傳統(tǒng)TI）：高調(diào)制指數(shù)（黃色和紅色）的區(qū)域非常廣泛，形成了一個較大的“熱點”，這意味著在刺激深部目標時，沿途和周邊的大量非目標腦區(qū)也會受到較強的調(diào)制。

圖1E（mTI）：在相同的目標點（紅色箭頭），高調(diào)制指數(shù)區(qū)域被極大地收斂，變得非常集中。這直觀地證明了mTI能夠?qū)⒛芰扛珳实亍熬劢埂庇谀繕它c，顯著減少了不必要的非目標腦區(qū)刺激。

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mTI與傳統(tǒng)tTIS的區(qū)別

圖2 tmTI在小鼠模型中提升聚焦性

圖2通過在小鼠海馬區(qū)植入線性電極陣列，記錄了TI與mTI刺激下沿電極路徑的調(diào)制指數(shù)，結(jié)果顯示mTI在目標點產(chǎn)生尖銳峰值，證明其同樣適用于小尺度大腦。

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臨床研究：研究方法與結(jié)果

研究方法：

動物模型：使用了麻醉獼猴（驗證基礎(chǔ)電生理特性）、清醒行為獼猴（驗證神經(jīng)調(diào)控和行為影響）和小鼠（驗證技術(shù)縮放性）。

刺激范式：在清醒獼猴實驗中，如圖3B和3C所示，mTI刺激被嵌入到兩個行為任務中：任務1在持續(xù)注視期間給予刺激；任務2在眼動目標出現(xiàn)前后給予刺激。同時設(shè)置了偽刺激（SHAM） 作為對照。

圖3 清醒獼猴行為實驗設(shè)置與模擬驗證

記錄與驗證：使用深度電極（sEEG或線性陣列）記錄目標腦區(qū)（如上丘）的神經(jīng)活動。如圖3D-F所示，通過頻譜分析確保mTI信號正確抵達目標，并且刺激偽跡易于濾除，便于觀察真實的神經(jīng)活動。

研究結(jié)果：

成功誘發(fā)深部神經(jīng)活動：在清醒獼猴的上丘，mTI成功調(diào)制了神經(jīng)元放電。如圖4A所示，在刺激結(jié)束后，mTI（紅色）引起了神經(jīng)元放電率的顯著增加，而偽刺激（藍色）和無刺激（黑色）條件下則沒有此效應。

圖4 mTI對清醒獼猴上丘神經(jīng)元活動和瞳孔的影響

行為層面的影響：mTI并未干擾動物的任務表現(xiàn)或引發(fā)眼動，但引起了瞳孔擴張（圖4A中排紅色軌跡），這與電刺激上丘的已知生理效應一致。

功能相關(guān)活動的增強：如圖4B所示，在眼動任務中，mTI刺激（紅色）增強了與視覺引導眼動相關(guān)的神經(jīng)元活動，表明mTI不僅能激活靜息狀態(tài)的神經(jīng)元，還能調(diào)控與行為相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路。

聚焦性的實證：圖2B（小鼠） 和圖1D-E（獼猴） 的調(diào)制指數(shù)空間分布，以及圖3G（計算機模擬） 的電場分布，共同從多個層面證實了mTI在體內(nèi)外均能實現(xiàn)更優(yōu)的聚焦性。

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總結(jié)

mTI技術(shù)通過引入多通道、多頻率的包絡疊加，成功解決了傳統(tǒng)TI刺激中刺激強度與聚焦性相互耦合的核心難題。通過跨物種（獼猴、小鼠）的電生理驗證、清醒動物的行為學與神經(jīng)記錄以及計算機模擬等多種手段，系統(tǒng)地證明了mTI能夠：

在保持深部目標刺激強度的同時，顯著縮小刺激體積，提高聚焦性。

安全地調(diào)制清醒動物深部腦區(qū)（如上丘）的神經(jīng)活動，并影響相關(guān)生理指標（如瞳孔）。

具備從大型到小型動物的良好縮放性，展現(xiàn)出廣闊的臨床前研究與未來臨床應用的潛力。

mTI為非侵入性深部腦刺激提供了一個更精確、更靈活的工具，在神經(jīng)疾病治療、腦功能探索和腦機接口等領(lǐng)域具有重要的應用前景。

本研究通過跨物種電生理記錄證實，多極性時域干涉刺激能在維持目標強度不變的前提下，于獼猴和小鼠腦中實現(xiàn)更尖銳的神經(jīng)激活焦點；通過在清醒行為動物模型中的應用，首次證明其能安全、特異性地調(diào)控深部上丘的功能性神經(jīng)活動；并借助計算機電磁模擬從物理機制上定量揭示，該技術(shù)能將高強度電場精準匯聚于靶點，將非目標腦區(qū)的過度刺激從傳統(tǒng)時域干涉的20%降至1%以下。跨物種實驗首先確立了多極性時域干涉刺激提升聚焦性的普適現(xiàn)象；清醒動物實驗進而證明了這一物理優(yōu)勢可轉(zhuǎn)化為對大腦功能的有效干預，明確了其應用價值；最終的計算機模擬則從底層電磁學原理提供了定量的機理解釋，形成了一個自我驗證的閉環(huán)。這三部分共同強有力地論證了核心觀點：多極性時域干涉刺激通過其多通道物理特性，成功解決了傳統(tǒng)非侵入深部腦刺激中聚焦性與強度相互耦合的根本性難題，為實現(xiàn)精準的深部神經(jīng)調(diào)控提供了強有力的創(chuàng)新工具。

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回映產(chǎn)品

產(chǎn)品1：便攜式TI時域干涉經(jīng)顱電刺激儀

便攜式TI時域干涉經(jīng)顱電刺激儀通過緊密接觸于頭皮的電極傳導兩路不同頻率的高頻脈沖電流(如：2000Hz和2010Hz),高頻電流流經(jīng)大腦表層和深部區(qū)域，并在腦深部干涉產(chǎn)生低頻包絡(如：10Hz),由于大腦神經(jīng)元對高頻(>1000Hz)電刺激不響應，所以位于大腦表層的高頻電流并沒有對大腦產(chǎn)生刺激效應位于腦深部的低頻包絡刺激大腦，實現(xiàn)無創(chuàng)地刺激大腦深部而不影響大腦皮層，即無創(chuàng)腦深部電刺激。

回映便攜式時域干涉電刺激設(shè)備支持傳統(tǒng)的tTIS時域干涉電刺激模式（基于正弦波），PWM-TI時域干涉電刺激模式（基于50%占空比方波），burst-TI時域干涉電刺激模式,細分為tTI-iTBS，tTI-cTBS兩種模式（基于iTBS，cTBS).

適用范圍：

能夠應用于對老年癡呆、癲癇、帕金森、抑郁癥等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療和神經(jīng)科學研究的多個領(lǐng)域。

回映便攜式TI時域干涉經(jīng)顱電刺激儀設(shè)備示意圖

產(chǎn)品2：便攜無創(chuàng)腦脊接口設(shè)備（可ODM定制開發(fā)）

回映這款非侵入性腦脊接口整機設(shè)備是一個高度集成的閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)，其核心工作流程始于一個配備32個電極的便攜式腦電帽，用于無創(chuàng)采集用戶大腦感覺運動皮層的神經(jīng)信號。這些信號被實時傳輸至內(nèi)置的信號處理與計算單元，該單元運行著先進的機器學習算法（線性判別分析，LDA），能夠從特定的腦電節(jié)律（μ波和β波）中持續(xù)解碼出下肢的運動意圖，并將其量化為一個實時的“運動概率”。一旦該概率值超過預設(shè)閾值，計算單元會即刻向經(jīng)皮脊髓電刺激器發(fā)出觸發(fā)指令。刺激器則通過精準貼附于使用者背部T10脊髓節(jié)段和腹部的電極，輸送出與運動意圖同步的、特定參數(shù)（如30Hz，10-15mA）的電刺激，以激活脊髓神經(jīng)網(wǎng)絡，輔助運動完成。整個系統(tǒng)通過統(tǒng)一的硬件同步機制，確保了從“意念識別”到“脊髓刺激”整個環(huán)路的時間精度，最終形成一個由“大腦意圖驅(qū)動、脊髓刺激輔助”的一體化康復設(shè)備，旨在通過這種精準的閉環(huán)干預促進脊髓損傷患者的神經(jīng)功能重塑與運動功能恢復。

便攜無創(chuàng)腦脊接口設(shè)備示意圖

產(chǎn)品3：48通道8腦區(qū)同步高精度經(jīng)顱電刺激設(shè)備

回映電子科技院線級多腦區(qū)高精度經(jīng)顱電刺激設(shè)備(MXN-48)是一款可8腦區(qū)/8人同步干預的高精度經(jīng)顱電刺激實驗平臺。其已突破了Soterix對該技術(shù)的壟斷(Soterix產(chǎn)品Soterix MXN-33 高精度經(jīng)顱電刺激系統(tǒng)其之前是市面上唯一款可對不同腦區(qū)進行同步精確干預的設(shè)備)回映高精度經(jīng)顱電刺激產(chǎn)品M×N-48其具有48個獨立輸出通道，每個通道的波形，強度等參數(shù)都可以獨立設(shè)置，可以實現(xiàn)對8個不同腦區(qū)的同步干預，不同腦區(qū)的相位同步性<0.1°，大大增強了tES的神經(jīng)調(diào)控效果。回映高精度經(jīng)顱電刺激設(shè)備提供了兩種不同的操作模式以供研究者選擇——基礎(chǔ)模式和自由模式?；A(chǔ)模式使用更加方便，設(shè)定簡單；自由模式則允許導入自定義電流波形，功能更加強大。

回映自研 48通道8腦區(qū)同步高精度經(jīng)顱電刺激設(shè)備
適用范圍：康復醫(yī)學：運動功能障礙、語言障礙、認知障礙、吞咽障礙、意識障礙、上肢肌張力障礙、卒中后抑郁、卒中后疼痛等精神病學：抑郁癥、焦慮癥、強迫癥、物質(zhì)成癮、創(chuàng)傷后應激障礙﹑精神分裂癥等兒童康復：腦癱、運動功能障礙、注意缺陷多動障礙、孤獨癥、閱讀障礙、語言發(fā)育遲緩等神經(jīng)病學：睡眠障礙、耳鳴、慢性疼痛、帕金森病、纖維肌痛、慢性疼痛(脊髓損傷下肢)、阿爾茨海默病、單側(cè)忽略﹑偏頭痛、神經(jīng)性疼痛等腦科學研究：記憶、學習、言語等

產(chǎn)品4：手持式高精度經(jīng)顱電刺激HD-tES設(shè)備

回映便攜式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)創(chuàng)新地采用type-C轉(zhuǎn)生物電極的設(shè)計使得產(chǎn)品能夠非常便捷地被使用?；赜潮銛y式高精度經(jīng)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(xiàn)高精度電流聚焦,精準刺激目標腦區(qū)。其核心優(yōu)勢在于通過縮小電極尺寸(直徑12mm的環(huán)形電極)和增加電極數(shù)量,顯著提升刺激的聚焦性和精準性。
回映HD-tES支持多模式刺激,覆蓋多場景需求：HD-tDCS模式：調(diào)節(jié)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。

回映便攜式HD-TES設(shè)備示意圖

回映自研type-C轉(zhuǎn)生物電極示意圖
適用范圍:神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療，意識障礙和認知功能調(diào)節(jié)，康復治療，運動和認知功能恢復。

產(chǎn)品5：便攜式經(jīng)顱強交流電刺激儀(Hi-tACS)
該設(shè)備采用非侵入性的10-30mA刺激電流直接刺激大腦區(qū)域，進而刺激大腦深部的神經(jīng)核團、改變神經(jīng)遞質(zhì)水平，影響腦電節(jié)律、改善腦區(qū)間的聯(lián)絡，從而增強腦功能，治愈疾病。

回映便攜式經(jīng)顱強交流電刺激儀設(shè)備示意圖