经颅磁刺激vs经颅直流电刺激

经颅磁刺激技术（TranscranialMagneticStimulation，TMS）技术是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统（主要是大脑），改变皮层神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。

发展史

年，Barker成功研制出第一台经颅磁刺激仪。

年，医院成功研制出中国第一台经颅磁刺激仪。

年，美国公司推出了第一台rTMS。

年，华中依杰与华中科技大学合作研制出中国第一台rTMS.

年，美国FDA批准经颅磁刺激用于药物难治性抑郁症的治疗。

分类

根据TMS刺激脉冲不同，可以将TMS分为三种刺激模式：单脉冲TMS(sTMS)、双脉冲TMS(pTMS)以及重复性TMS(rTMS)。sTMS由手动控制无节律脉冲输出，也可以激发多个刺激,但是刺激间隔较长(例如10秒)，多用于常规电生理检查。pTMS以极短的间隔在同一个刺激部位连续给予两个不同强度的刺激，或者在两个不同的部位应用两个刺激仪(又称作double－coilTMS,dTMS)，多用于研究神经的易化和抑制作用。rTMS分为高频和低频两种，则需要设备在同一个刺激部位给出慢节律低频或快节律高频rTMS。不同刺激参数(模式、频率、强度、间隔、持续时间、刺激位点、刺激方向等)的rTMS产生不同的神经生理效应，低频刺激模式引起皮层的抑制，高频刺激模式则引起兴奋。在临床中主要通过捕捉和利用这种生物效应来达到诊断和治疗的目的。

应用情况

目前经颅磁刺激技术得到了广泛的使用，国内的经颅磁刺激技术达到世界先进水平，在癫痫病、神经心理科（抑郁症、精分症）、康复科、儿科（脑瘫等）等各个方面都得到了应用。其中对抑郁症、睡眠障碍等疾病的疗效，作为一种非药物治疗在临床取得了可喜的成绩。

经颅磁刺激技术特点

作为二十一世纪研究脑部科学四大技术手段之一的经颅磁刺激技术，无痛、无创、无损是其三大技术特点。为了穿过头皮和颅骨TMS技术的磁场强度是不能低于1特斯拉的，最为直观的判断就是头部MEP的检测。

经颅磁刺激技术是通过不同的频率在不同的部位实现不同的治疗效果，从而对患者起到治疗的作用，所以在临床上治疗还需要准确的定位。

刺激时间、刺激间隔的调制是与疗效密切相关的，这就取决于线圈的冷却系统。

高频兴奋、低频抑制，这是目前常用的治疗方案，目前国际上比较常用的爆发刺激是TMS技术发展的方向。

未来，TMS将在军事领域大有作为。

经颅直流电刺激（transcranialdirectcurrentstimulation，tDCS)是一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流电(1~2mA)调节大脑皮层神经元活动的技术。

简介

早在11世纪人们就开始尝试利用电来治疗疾病，随着认识的发展经颅直流电刺激技术逐步成熟。年Prior等发现，微弱的经颅直流电刺激可以引起皮层双相的、极性依赖性的改变，随后Nitsche的研究证实了这一发现，从而为tDCS的临床研究拉开了序幕。到目前为止，tDCS的临床疾病应用研究已经取得了不少有益的成果。

刺激方式

tDCS有两个不同的电极及其供电电池设备，外加一个控制软件设置刺激类型的输出。刺激方式包括3种，即阳极刺激、阴极刺激和伪刺激。阳极刺激通常能增强刺激部位神经元的兴奋性，阴极刺激则降低刺激部位神经元的兴奋性。伪刺激多是作为一种对照刺激。

tDCS作用机制

tDCS由阳极和阴极两个表面电极组成，由控制软件设置刺激类型的输出，以微弱极化直流电作用于大脑皮质。与其他非侵入性脑刺激技术如经颅电刺激和经颅磁刺激不同，tDCS不是通过阈上刺激引起神经元放电，而是通过调节神经网络的活性而发挥作用。在神经元水平，tDCS对皮质兴奋性调节的基本机制是依据刺激的极性不同引起静息膜电位超极化或者去极化的改变。阳极刺激通常使皮层的兴奋性提高，阴极刺激降则低皮层的兴奋性。膜的极化是tDCS刺激后即刻作用的主要机制。

然而，除了即刻作用外，tDCS同样具有刺激后效应，如果刺激时间持续足够长，刺激结束后皮质兴奋性的改变可持续达1h。因此，其作用机制不能单一的用神经元膜电位极化来解释。进一步的研究证实，tDCS除了改变膜电位的极性外，还可以调节突触的微环境，如改变NMDA受体或GABA的活性，从而起到调节突触可塑性的作用。tDCS的后效应机制类似于突触的长时程易化，动物研究发现，以阳极刺激作用于运动皮层可观察到突触后兴奋性电位的持续增加。皮层兴奋性的调节在tDCS刺激时依赖膜极化的水平，而刺激结束后的后效应作用主要是由于皮层内突触的活动。

tDCS同样可以调节远隔皮层及皮层下区域兴奋性。tDCS阳极刺激前运动皮层区可影响有连接的远隔皮层区域的兴奋性变化。刺激左半球M1区不仅影响参与产生运动诱发电位的皮质脊髓环路，而且通过抑制性中间神经元调节对侧半球的经胼胝体抑制。

临床应用及安全性

至今为止，尚未有tDCS诱发癫痫的报道。有研究应用MRI成像观察安全模式下tDCS刺激30min和1h后大脑的变化，发现大脑并没有出现组织水肿、血脑屏障失衡及脑组织结构改变等现象，认为tDCS是一种安全的经颅刺激方式。同样的结论也在其他研究中得到证实。

电极的放置位置对于电流的空间分布及电流方向至关重要，决定刺激的有效性。常用的刺激电极面积为20–35mm2，其目的为尽量使刺激局限化、聚焦于需要治疗的部位。另一方面，较大面积的电极可以使电流密度下降，从而保证刺激的安全性。虽然tDCS的刺激参数标准还没有完全确定，但一般认为刺激持续时间跨度8-30min，电流1.0~2.0mA的直流电是安全有效的。约有45%的电流被传送至颅骨并到达皮层表面。另外，tDCS治疗时电流强度应缓升缓降，避免造成患者不适。

应用领域

本世纪，tDCS技术在神经康复领域中的应用逐渐得到推广，研究发现，tDCS对于脑卒中后肢体运动障碍、认知障碍、失语症以及老年痴呆、帕金森病及脊髓神经网络兴奋性的改变都有不同的治疗作用，是神经康复领域一项非常有发展前景的无创性脑刺激技术。但到目前为止，尚未把tDCS作为一项常规的康复治疗技术使用。另有研究证实，tDCS联合康复治疗共同使用可以提高常规康复治疗的效果。近年来的研究也发现，tDCS对于纤维肌痛综合征、神经痛及下背痛等也有一定的治疗作用。

脑卒中后偏瘫、认知障碍、言语、吞咽障碍

老年痴呆症

帕金森病

脊髓损伤

神经痛

纤维肌痛

下背痛

癫痫

抑郁症

直流电通过大脑能治疗精神疾病？智商会降低

据科学日报报道，使用微弱的电流来增强脑力或者治疗疾病在科学家和喜欢自己动手做的人中变得越来越流行，然而美国北卡罗来纳大学医学院的一项最新研究展示了对脑部使用电刺激最常见的方式对智力分数会产生统计学上显著的有害效应。发表在期刊《行为大脑研究》上的这项研究显示，经颅直流电刺激（tDCS）对认知提高所产生的效应各有利弊。

对脑部使用电刺激对智力分数会产生统计学上显著的有害效应

“如果我们可以使用tDCS来提高认知能力，那就太棒了，因为这意味着我们或可以用这一方法来治疗精神疾病的认识损伤，”研究高级作者、精神病学、细胞生物学和生理学、生物医学工程和神经学助理教授弗拉维奥?弗罗利希(FlavioFrohlich)这样说道。“因此对大多数人来说，这项研究结果是个坏消息。然而，它也不是没有道理的。这意味着从认知角度看，大脑能够进行的某些最复杂的事不可能仅因持续的电击就发生改变。”

然而，弗罗利希表示使用较为罕见的交流电刺激，也就是所谓的tACS，或可能是更好的方法，目前他正在调查这一方法。今年早期，弗罗利希的实验室发现tACS可以极大的增强创造力，很可能是因为他以大脑的阿尔法振荡为目标，后者被认为与创造性思维有关。

相比之下，tDCS并不是以这些脑波为目标——它们代表了整个大脑区域通信的神经模式——而是以大脑结构为目标，例如特定的皮质区域。tDCS方法兴起于年，当时德国科学家发表了一篇文章展示tDCS可以改变运动皮质里神经元的应激性，运动皮质是控制自愿性身体运动的大脑区域。自那时起，有关tDCS的研究如雨后春笋般涌出，目的是为了让神经元更活跃或者不活跃从而改变一系列大脑功能，例如工作记忆和认知锐度，以及一些疾病，例如抑郁症和老年痴呆症。

但是弗罗利希认为其中有些研究设计的并不科学，有些研究并不是双盲测试或者没有合适的使用安慰剂对照。其他研究则样本非常少，不到十人。一项对大量tDCS研究的汇总分析显示tDCS并不是提高认知或者大脑相关的健康问题的神奇药片。

“除了刺激运动皮质——它对中风康复具有令人兴奋的启示意义——我认为tDCS这一方法的优劣还有待商榷。”弗罗利希解释道。他是北卡罗来纳大学神经科学中心的一员。

在这项最新研究里，弗罗利希带领的研究小组——包括文章第一作者、研究生克里斯汀?塞勒斯（KristinSellers）——征募了40名健康成年人，每人都参与了WAIS-IV智力测试，这是最常见也是被完好证实的IQ测试，它包含对语言理解能力、感知推理、工作记忆和处理速度的测试。

一周后，弗罗利希的研究小组将被试者分为两组。每一组里的每一名被试者位于额皮质上方的头皮都被安放电极。文章合作作者、杜克大学的安吉尔?彼得切夫（AngelPeterchev）博士创造了成像模拟以确保弗罗利希的研究小组标靶的是以与之前tDCS研究相同的皮质部分。

然后，安慰剂组则会接受假的刺激——这只是短暂的电流，它导致被试者认为他们接受的是完整的tDCS。其它被试者则接受了20分钟的tDCS。接着所有的被试者重新参与了IQ测试。弗罗利希预计由于这种实用效应，如果不是所有人，那么至少大多数人的IQ分数应该有所提高，但是tDCS并没有显著的提高IQ分数。

弗罗利希小组发现所有IQ分数的确有所提高。然而令人惊讶的是，平均来说，没有接受tDCS的被试者IQ分数增加了10分，而接受了tDCS的被试者的IQ分数只增加了6分。

当弗罗利希和同事分析测试分数时，他们发现两组被试者在四大类主要的认知测试中，有三类测试的分数都非常相似。接受了tDCS的被试者的感知推理分数相对更低。感知推理测试了流动智力（fluidintelligence），后者被定义为逻辑思考以及将创新性问题解决应用于新问题的能力。

在感知推理类型中，研究人员发现最大的差异在于矩阵推理这一子类，它要求被试者观看两组符号然后找出另一组中缺少的一个符号。弗罗利希强调称：“我们的发现并没有排除其他tDC范例可能不那么有害甚至有益的可能性。然而，确定每个人都使用了黄金标准、安慰剂对照、双盲的实验设计非常重要。同时，我们的研究展示了更多对刺激是如何与大脑活动发生相互作用的研究的重要性。”

此外，弗罗利希强调科学界应该小心尽量避免的将tDCS简单的定义为针对很多大脑相关疾病的“神奇药片”。“这可能会有非常危险的后果，尤其是如果tDCS被应用于日常使用时。我们的研究并不知道长期效应是什么，还有很多方面需要理解，在那之后才能考虑tDCS无需医学指导用于日常生活的可能性。”

弗罗利希表示：“我认为我们的研究展示了我们需要思考更聪明的方法来标靶我们想要改进的特定的大脑动态性，例如患有抑郁症或者老年痴呆症的人的认知。我认为tACS是一种选择，此外还有很多复杂的方式有待我们研发。”

经颅直流电刺激综述

经颅直流电刺激（transcranialdirectcurrentstimulation，tDCS)是一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流电调节大脑皮层神经元活动的神经调控技术。年Prior等发现，微弱的经颅直流电刺激可以引起皮层双相的、极性依赖性的改变，随后Nitsche的研究证实了这一发现，从而为tDCS的临床研究拉开了序幕。目前该技术已经成为认知神经科学、神经康复医学、精神病学的研究热点。本文主要介绍经颅直流电刺激（tDCS）的历史，电生理基础、作用机制、药理学相关研究、刺激相关参数等基础信息。

一．经颅直流电刺激（tDCS）历史简介

自古以来就有很多关于不受控电刺激对大脑进行调控的报告。ScriboniusLargus(罗马皇帝克劳迪亚斯的医生)曾经描述了如何利用电鳐向颅骨释放电流来缓解头痛。古希腊名医加伦、老普林尼也都描述过类似的发现。2在11世纪,穆斯林名医Ibn-Sidah曾经建议使用活的电鲶治疗来治疗癫痫（epilepsy）。

随着18世纪电池的发明，对经颅直流电刺激进行系统评估成为可能。Walsh(),Galvani(,),以及Volta()都认识到不同时长的电刺激可以诱发不同的生理改变。事实上，第一个关于电流刺激临床应用的系统性报告也可以回溯到这一时期，意大利生理学家GiovanniAldini（LuigiGalvani的侄子）等人采用经颅电刺激治疗抑郁症。在过去的两个世纪里，许多其他研究者(seeZagoetal.3forfurtherreferences)一直不断尝试利用电流治疗各种精神疾病，也产生了各种各样的结果。但是在最近的历史中，由于电休克（electroconvulsivetherapy，ECT）及精神药物的使用以及可信神经生理学标志物的缺乏共同造成利用直流电对中枢神经系统（CNS）进行刺激不再被作为精神病学重要治疗和研究手段。而与此同时，电流刺激主要被用于治疗肌肉骨骼失调及外周疼痛。

事实上，经颅直流电刺激（tDCS）作为一种非侵入性脑刺激手段被重新认可和接受发生在本世纪初。Priori等人的开创性研究及Nitsche和Paulus等的后续研究证明了微弱直流电可以有效地透过颅骨进行传导并在皮层上诱发出双相的、极性相关的改变。具体而言，阳极的直流电刺激可以增加皮质兴奋性，而阴极的直流电刺激可以降低皮层兴奋性。此外,动物和人类研究也为经颅直流电刺激（tDCS）影响神经可塑性的机制及电流分布与刺激区域相关提供了证据。另外，还有研究正式tDCS可以引起神经心理学(neuropsychologic)、生理心理学(psychophysiologic)及刺激脑区相关的运动功能（motoractivity)改变。此外,某些tDCS的技术特点（如无创、非侵入性、耐受较好、作用短暂、副作用轻微等）也点燃了临床应用研究的热情，相关研究大幅增加，特别是关于神经精神障碍如重度抑郁症、慢性和急性疼痛、中风康复治疗、药物成瘾等神经和精神疾病。尽管研究结果存在差异且都提出需要进一步的研究证实，但是绝大多数的研究结果都对tDCS寄予厚望。

随着tDCS逐渐走向临床应用，一系列新的问题也逐渐重要。如实验设计、方法学、伦理问题、安全性等。最新的问题是为什么要







































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