經(jīng)顱交流電刺激（transcranial alternative electric stimulation，tACS）是一種常用的無(wú)創(chuàng )神經(jīng)調控手段，可以通過(guò)頭皮上放置的電極施加交流電刺激影響大腦神經(jīng)活動(dòng)，但其受頭皮、顱骨等組織的衰減較強，無(wú)法觸及大腦深部區域。時(shí)域干涉（Temporal Interference, TI）方法的提出使得無(wú)創(chuàng )深部腦刺激成為可能，該方法將兩對高頻刺激信號同時(shí)輸入在頭皮上放置的刺激電極，在大腦內部特定區域會(huì )形成較強交疊電場(chǎng)，并以高頻頻率差為周期波動(dòng)，合成的調制信號可以克服傳統經(jīng)顱電刺激干預深度不足、電場(chǎng)彌散等問(wèn)題，TI調控方法的有效性已在大鼠模式動(dòng)物上得到驗證。對于更大尺寸的大腦而言，受腦內電場(chǎng)強度衰減與安全電流上限等因素的限制，TI能否干預深部腦活動(dòng)仍有待驗證。

中國科學(xué)院心理研究所王亮研究組借助立體定向電極（stereo-electroencephalography, SEEG）在兩只非人靈長(cháng)類(lèi)恒河猴中對不同參數TI刺激在顱內產(chǎn)生的電場(chǎng)強度進(jìn)行了系統測量，實(shí)驗數據與有限元仿真模型結果進(jìn)行了比對，證實(shí)了TI靶向深部腦區的有效性以及作為無(wú)創(chuàng )深部腦刺激技術(shù)的應用可行性。該研究依托團隊自主研發(fā)的多通道差頻時(shí)域干涉的無(wú)創(chuàng )深部腦刺激設備完成（已授權國家發(fā)明專(zhuān)利）。

在這項研究中，每只獼猴被植入5-6根SEEG電極，沿大腦左右半球中線(xiàn)依次向外排布。外部刺激電極的設計目的在于使電場(chǎng)沿中線(xiàn)矢狀面集中分布，測量結果顯示，TI電場(chǎng)在中心電極（靠近中線(xiàn)位置）強度最高，與預期一致。在1mA的外部刺激總電流強度下，深部電極附近的TI電場(chǎng)可達到0.2 V/m (圖1)，在2 mA下，最高值可達0.5 V/m，揭示了安全電流強度下的TI電場(chǎng)靶向深部區域的有效性。

圖1. TI電場(chǎng)強度在猴子顱內的分布情況及部分觸點(diǎn)的信號波形展示

之后，基于腦成像數據生成的有限元頭模型，仿真得到TI電場(chǎng)在全腦的分布情況。提取出對應植入電極位置的仿真電場(chǎng)值，并與實(shí)測結果計算相關(guān)性。在一定前提下，計算仿真對電場(chǎng)分布的預測較為準確，但對具體數值的預測存在差異（圖2），同時(shí)發(fā)現隨著(zhù)頻率的升高，預測準確度有所下降，提示對高頻刺激的仿真可能與傳統經(jīng)顱電刺激仿真不同，需要考慮不同頻率下組織傳導性的變化。

圖2. 基于頭模的TI電場(chǎng)仿真及仿真結果與實(shí)測結果的比較

最后，在2名帕金森患者和1名特發(fā)性震顫患者中進(jìn)行的TI初步臨床測試顯示，針對黑質(zhì)區域的1.5-2 mA 的TI刺激（持續時(shí)間10-20分鐘）在靶點(diǎn)位置強度可達0.2 V/m （圖3）,對靜止性震顫癥狀起到了明顯緩解作用，提示了TI刺激在未來(lái)臨床研究中的可行性與安全性。

圖3. 三名患者黑質(zhì)區域TI電場(chǎng)強度

該研究得到了國家自然科學(xué)基金（32020103009, 82201634），科技創(chuàng )新2030-“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”重大項目（2022ZD0205000）等項目支持。

論文第一作者為心理所博士生劉若冰和首都醫科大學(xué)附屬北京天壇醫院神經(jīng)外科朱冠宇博士（共同一作），通訊作者為心理所王亮研究員。三江學(xué)院吳正平副教授、北京天壇醫院神經(jīng)外科張建國主任和甘逸飛，心理所劉佳麗博士（已畢業(yè)）也做出了重要貢獻。該研究成果已在線(xiàn)發(fā)表在Neuroimage。

論文信息：

Ruobing Liu #, Guanyu Zhu #, Zhengping Wu, Yifei Gan, Jianguo Zhang, Jiali Liu, Liang Wang* (2024). Temporal interference stimulation targets deep primate brain. NeuroImage. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120581