全球首款可穿戴經顱磁刺激設備研製成功　助力抑鬱症等精神疾病治療

（香港文匯網記者劉凝哲 北京報道）近日，中國科學院自動化研究所腦網絡組與腦機接口北京市重點實驗室研製全球首款電池供電的可穿戴閾上重複經顱磁刺激設備（rTMS），相關成果已發表於國際學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。可穿戴rTMS設備的成功研製是精神疾病治療領域（抑鬱症、腦卒中、成癮等）的一項重大突破，它將為患者帶來更便捷、更有效的治療選擇，實現家庭、社區治療，同時也為腦科學研究提供了新的工具。

腦機接口技術將大腦與機器建立聯繫，實現腦與外部設備的信息交換，按照信息流的方向可分為腦控和控腦兩類。腦控實現了腦信號解碼到外部設備的信息轉換，而控腦也叫神經調控，通過電、磁、聲、光、熱等手段，將物理能量寫入大腦來干預神經元的活動，實現機器到腦的信息交換。相較於藥物治療，物理神經調控技術因其副作用小、靶向性好，是臨床腦疾病治療的利器。

以深部腦刺激（DBS）為代表的有創神經調控技術已在治療帕金森症等領域取得很大進展。然而，在無創神經調控中，由於億萬年進化形成的頭皮、顱骨、腦脊液、腦膜等多層顱腦結構，將腦組織層層保護，使得精確、有效的無創神經調控變得異常困難。

1985年英國謝菲爾德大學教授安東尼·巴克爾等發明的經顱磁刺激技術（TMS），其利用時變磁場在腦內產生感應電流，從而實現對神經元的非侵入性調控，可以直接激活神經元產生動作電位，是一種閾上的無創神經調控手段，與磁共振成像（MRI）、正電子發射成像（PET）、腦磁圖（MEG）並稱「腦科學四大技術」，也是其中唯一的「寫入」信號的技術。

相較於電休克（ECT）等閾上調控手段，TMS無需麻醉、副作用小、安全性高，在腦健康領域展現出巨大潛力。重複經顱磁刺激已被美國食品藥品監督管理局（FDA）批准用於抑鬱症（成人和青少年）、偏頭痛、強迫症和煙癮的治療，其它疾病如精神分裂、帕金森、卒中等的治療和康復應用正在探索進行中。然而，傳統rTMS的脈衝發放頻率很高（可達50 Hz以上），在線圈中產生幾千安培的電流，設備功率在幾千瓦到幾十千瓦，配套的電源和散熱設施使得設備重達數十公斤，極大限制了其在臨床和科研中的應用。如何將rTMS小型化、甚至實現可穿戴，是科研人員和工程師久攻不克的技術難題。中國科學院自動化研究所的科研人員此次將設備的功耗、重量降至進口商用設備的10%以下，並保持和現有傳統商業TMS設備十分接近的刺激強度。

團隊突破了輕量級磁芯線圈設計和高功率密度高壓脈衝驅動技術兩大難題。輕量級磁芯線圈設計將TMS的單脈衝的能量損耗降至傳統商用rTMS設備的1/10以下，最大功率由10 kW降至800 W，同時刺激強度和線圈重量維持不變；高功率密度高壓脈衝驅動技術將驅動器的功率密度提高至傳統商用rTMS設備的10倍以上，將主機的重量由55公斤降至3公斤，並由電池供電，實現全場景的可穿戴應用。

在人體試驗中，該設備成功誘發了手部和腿部的運動誘發電位（MEP），首次在自由行走過程中實現了rTMS神經調控，揭示了中樞神經系統和不同肢體肌肉活動之間的動態相互作用。

可穿戴rTMS設備在臨床和科研中具有巨大的應用潛力。一方面，它為抑鬱症等神經精神疾病的治療提供了全新場景的解決方案，實現患者隨時、隨地、隨身的使用，顯著擴大受眾群體，降低就醫成本並提高治療依從性。另一方面，該設備為研究自然場景下腦功能的動態變化提供了全新工具，有助於因果地驗證自由運動過程中不同腦區的功能。此外，可穿戴的rTMS設備未來可與腦電、近紅外等非侵入式腦信號檢測技術結合，讓閉環腦機接口從實驗室走向真實場景的大規模應用成為可能。

該論文的共同第一作者為腦網絡組與腦機接口北京市重點實驗室的戚自輝副研究員和劉浩高級工程師，蔣田仔研究員為通訊作者。論文的主要合作者包括左年明研究員、宋明研究員、樊令仲研究員、楊正宜副研究員、金芳助理研究員以及王一航、盧雪峰工程師等。該研究得到了國家科技創新2030—「腦科學與類腦研究」重大項目和國家自然科學基金等項目的資助。