[发明专利]一种经颅直流电刺激装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种经颅直流电刺激装置，属于经颅电刺激技术领域。

背景技术

经颅电刺激（Transcranial Electrical Stimulation，tEs） 是一种非侵入性神经刺激技术，通过电极将特定的、低强度电流（-2~+2 mA，2 mA 以上仅用于科学研究）作用于特定脑区，达到调节大脑皮层神经活动的目的。这项技术包括多种刺激方式，根据不同的电流形式可以分为：经颅直流电刺激（Transcranial Direct Current Stimulation，tDCS）、经颅交流电刺激（Transcranial Alternating Current Stimulation，tACS）、经颅随机噪声刺激（Transcranial Random Noise Stimulation，tRNS）。最初这项技术用于帮助中风等脑损伤病人。对健康成年人研究表明，经颅电刺激技术能够提高多种任务下的认知能力，如增强语言和数学能力、注意力、记忆力、协调能力和解决问题的能力。

目前对于tDCS 是如何调节大脑活动改变行为输出的作用机制尚不清楚。前期动物和临床研究表明，低强度的直流电可以改变大脑皮质的兴奋性。现阶段认为，tDCS 的主要机制之一是它可以改变神经元的静息电位，当直流电电极的负极靠近神经细胞胞体或树突时，静息电位会升高，神经元放电减弱，产生超极化，从而抑制细胞的活性；反之，则发生去极化，从而激活细胞的活性。研究发现，阳极刺激可增加由经颅磁刺激诱导的运动诱发电位的幅度，而阴极刺激则降低运动诱发电位的幅度。这说明阳极刺激提高皮层神经元的兴奋性而阴极刺激降低兴奋性。动物实验研究结果也表明阳极刺激增加细胞放电频率，阴极刺激则相反，减少细胞放电频率。阳极tDCS 提高兴奋性的作用与离子通道有关。离体的研究结果显示阳极tDCS 的兴奋作用被电压依赖的钠通道和钙通道的拮抗剂阻断。

tDCS 不仅能调节单个神经元的活动，而且能影响多个神经元和神经元群的整体活动。tDCS 可以调控静息状态的delta和theta 频段的脑电活动。tDCS 除了即刻效应以外，与其功能相关的另一主要效应是后效应，即在刺激停止之后，刺激作用依然持续一段时间。这是tDCS 发挥治疗作用的关键效应。后效应的持续时间与电流强度、刺激时间以及刺激次数有关。tDCS 的后效应与其影响神经元之间的突触连接功能，改变突触可塑性有关。近些年来发现多种神经递质都参与tDCS 诱导的后效应，其中谷氨酸系统最为突出。当介导突触可塑性变化的NMDA 受体被拮抗剂阻断后，tDCS 的后效应消失。多巴胺系统也参与tDCS 介导的可塑性变化，特别是与D1/D5 比例和D2/D3/D4 比例相关。最近还发现，激活5 羟色胺系统可以延长阳极兴奋作用的后效应，并逆转阴极刺激的抑制作用，而转变成兴奋性作用。有研究表明电场能提高和引导神经元的生长。对正常人和脑部受损或者认知功能缺乏的病人施加经颅电刺激后，结果表明，在认知训练过程中，神经电路能够调整从而提高缺失的认知功能。在一些案例中，经颅电刺激存在长时程效应。阳极刺激的调节作用能够降低抑制性神经递质γ-氨基丁酸（GABA）的局部水平，而阴极刺激提高了简单的运动任务过程中运动区域谷氨酸的传输。GABA 的高低影响学习能力，因此这种高低可能在tDCS 提高学习和认知能力中占有重要作用。进一步的动物研究表明，阳极电刺激能够提高脑源性神经营养因子（是一种对突触学习起到关键的生长因子）的分泌，这又反过来调节长时程增强（LTP）。N-甲基-D-天冬氨基酸（NMDA）受体活动调节LTP。但是阳极电刺激能够通过提高皮层的兴奋性从而提高大部分认知功能（比如读、演讲、做决定或者算术），阴极电刺激会抑制相关网络的神经活动，因此利用阴极刺激能够提高特定的额叶功能，比如反应抑制。因此可见，tDCS 的作用机制似乎涉及到多种神经递质和各种不同维度的神经活动。然而，是否有特异性的作用机制解释tDCS 的作用，具体哪些是主导的、关键的机制，而哪些又是随从变化的、次要的机制，这些问题还有待进一步探讨。对于这些问题的研究使得我们能够更深入地理解tDCS 的作用机理。

因此，经颅直流电刺激在实际的应用中有着严格的参数控制，这其中包括所引入电流的大小、使用中电流的调节频率与调节速率等，而现有的经颅直流电刺激装置在使用过程中多采用手动机械式调节控制，这就严重影响到实际应用的效果了，可能起不到正确的刺激作用，甚至会带来反作用。

发明内容