无创性脑检测与神经调控技术的发展前景

无创性脑功能检测与神经调控技术的发展前景卢巍江西省人民医院康复医学科1目录201概述02无创性脑功能检测与神经调控技术的应用03无创性脑功能检测与神经调控技术的发展前景背景概述01344【1】吴毅.无创性脑功能检测的联合应用与神经调控技术的发展前景[J].中国康复医学杂志,2019(12).

近十年来，脑功能检测技术迅速发展，测量更为精确、操作越发简便的无创性检测技术为精准康复诊疗体系的不断完善奠定了坚实的基础。

磁共振成像、脑电图、功能性近红外光谱等无创性检测技术能够分别从神经影像学、神经电生理学、光学等角度对脑损伤的区域和脑功能进行定位和定性检测【1】。背景概述背景概述5神经调控：

是利用植入性或非植入性技术，通过传送电刺激或药物的方式，可逆性调控中枢神经、外周神经或自主神经系统活性，从而改善患者症状，提高生命质量的生物医学工程技术。研究内容：

发育神经生物学，神经解剖学、神经生理学、临床神经学等

现代神经调控技术的应用开始于20世纪70年代

袁媛,姜长青,陈玥,等.神经调控技术的发展与展望[J].生命科学仪器,2018,16(Z1):22-30+72.脑科学研究现状6云平台、大数据与智能嵌入？？？大脑认知功能训练与评价：1、心理测评与训练2、生物反馈3、认知训练与评价脑功能成像与检测：1、fNIRS技术2、EEG、EMG技术神经调控与干预技术：1、TMS技术2、tDCS技术3、CES技术4、DBS技术5、MECT6、经颅超声7、精准智能神经调控等脑（神经）科学相关技术产品越来越精准、高端、智能化大脑神经活动的检测方法7直接检测EEGMEGTMS单细胞记录间接检测fMRIPET脑科学干预与调控技术8其他—光遗传学，超声波刺激侵入性较小侵入性较大神经调制技术应用史9Moreinesetal.，NeuropsychologicalEffectsofNeuromodulationTechniquesforTreatment-ResistantDepression:AReview，BrainStimul.2011January1;4(1):17–27.。。。神经调控技术10高级脑功能

神经重组

神经调控技术分为有创和无创两大类，无创性神经调控技术主要包括经颅磁刺激（TMS）和经颅直流电刺激（tDCS）。TMS在美国、欧盟等地已得到批准，用于治疗抗抑郁药物疗效欠佳的难治性抑郁症；tDCS已经在欧盟获得批准，用于治疗抑郁症和疼痛。由于无创调控具有无痛、安全、价廉、参数和靶点可调整等优点，未来具有广阔的发展前景。经颅磁刺激技术(TMS)11TMS是一种引起大脑神经元去极化或超极化的非侵入性刺激技术TMS原理示意图（引自Hallett）基本原理：线圈内电流瞬变形成高强度交变磁场，进而在颅内组织中产生感应电流并刺激神经元111831年，MichaelFaraday建立了电磁转换物理定律1985年，世界第一台TMS设备：Barker颅外刺激人脑的磁刺激器1988年，中国第一台TMS设备诞生1993年，TMS用来治疗抑郁症1998年，Bohning等将神经导航定位系统应用于TMS2008年，rTMS被美国FDA批准用于治疗抑郁症2009年，更新了《rTMS安全指南》2012年，发布了《IFCN报告：诊断性TMS的实用指南》2014-2019年，分别颁布了TMS治疗指南TMS技术的发展历史12TMS技术介绍13TMS简介TMS的作用机制141Hz20Hz刺激前刺激后低频rTMS刺激—运动诱发电位波幅（MEP）降低—兴奋性降低高频rTMS刺激—运动诱发电位波幅（MEP）升高—兴奋性增高兴奋效应在刺激结束后仍持续

(Gangitanoetal.,2002)直接抑制或兴奋特定皮层区域间接作用于刺激皮层涉及的脑网络影响皮层上和皮层下神经递质水平影响局部脑血流水平调节神经细胞突触可塑性调节皮层电生理活动TMS的经典作用机制15经颅直流电刺激（tDCS）16一种非侵入性的，利用恒定、低强度直流(0-2mA)调节大脑皮层神经元活动的技术。tDCS有两个不同的电极及其供电电池设备，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。适用：康复科及神经科直流电刺激有很长的历史17在1529年，已经有报告记载病人在接受到突然的头皮外进行直流电刺激可以缓解头痛。Aldini在1804年第一次报告了通过直流电刺激方法成功治疗了3个精神病患者的案例。1940年，电休克疗法被系统性的报告，这是电刺激治疗发展历史上具有里程碑意义的事件，电休克疗法至今依然是治疗很多顽固性癫痫、抑郁等的临床方法之一。(Aldini,1804)皮层电刺激181956年，研究发现一定量微弱的持续的正向或负向的电流可以有效地调节细胞自发放电的频率。1964年，Lippold发现在正常人中，正极的电流刺激会提高警觉，运动功能，但是负极的刺激往往使人更安静或者冷漠。2001年，Antal发现负极电流刺激初级视觉区域会显著降低对于明暗对比度的敏感性。本世纪以来，tDCS技术不断发展，逐渐成为认知神经科学、神经康复医学、精神病学的研究热点。tDCS作用机制19改变膜电位的极性，改变皮层兴奋性。调节突触的微环境，增加突触可塑性。改变NMDA受体或GABA的活性，对皮质产生兴奋/抑制平衡的影响。改变局部脑血流。对局部皮层和脑网联系的调节。刺激后效应。19无创性神经调控技术20经颅磁刺激（TMS）——阈上刺激；产生动作电位，引起神经元放电；脑刺激技术。经颅直流电刺激（tDCS）————阈下刺激；调节静息膜电位起作用，调节自发性神经元网络活性；神经调控技术。无创性脑功能检测与神经调控技术的应用0221神经调控技术在康复科的应用22rTMS的临床检测应用23rTMS的临床治疗应用24近年来应用rTMS技术对多种神经和精神疾病进行了广泛研究，

Lefaucheur等［1,2］，对rTMS治疗疼痛、帕金森病等运动障碍、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化、癫痫、意识障碍、耳鸣、抑郁、焦虑障碍、强迫症、精神分裂症等多种疾病进行了循证医学分析。[1]LefaucheurJP,André-ObadiaN,AntalA,etal.Evidence-basedguidelinesonthetherapeuticuseofrepetitivetranscranialmagneticstimulation（rTMS）［J］.ClinNeurophysiol,2014,125（11）:2150.[2]LefaucheurJP,André-Obadian,BaekenC,etal.Evidence-basedguidelinesonthetherapeuticuseofrepetitivetranscranialmagneticstimulation(rTMS):Anupdate(2014–2018).ClinicalNeurophysiology,2020;131:474–528.rTMS的临床治疗25-25-

研究设计严谨、样本量大、结果可信者证据等级高A类推荐(明确有效)B类推荐(很可能有效)C类推荐(可能有效)

IFCN2020年TMS治疗指南推荐级别适应症方案A级推荐（疗效确切）抑郁症左侧DLPFC高频（8字线圈或H1型线圈）神经病理性疼痛疼痛对侧半球M1区高频亚急性脑卒中（改善手运动功能）健侧半球M1区低频B级推荐（疗效可信）帕金森病改善抑郁症状左侧DLPFC高频改善运动功能双侧半球M1区高频创伤后应激障碍右侧DLPFC高频刺激亚急性脑卒中（改善运动功能）患侧半球M1区高频或iTBS慢性脑卒中（改善非流利性失语）右侧额下回低频抑郁症右侧DLPFC低频右侧DLPFC低频（或cTBS)联合左侧DLPFC高频（或iTBS)肌纤维痛改善生活质量高频剌激左侧M1区改善疼痛高频刺激左侧DLPFC多发性硬化（下肢痉挛）iTBS剌激下肢运动区rTMS的临床治疗26-26-

IFCN2020年TMS治疗指南C级推荐（疗效可能）复杂区域疼痛综合征I型疼痛对侧半球M1区高频强迫症右侧DLPFC低频物质成瘾（戒烟）左侧DLPFC高频早期阿尔茨海默症（轻度认知障碍）多靶区高频慢性耳鸣低频剌激左颞顶叶癫痫癫痫病灶区低频亚急性脑卒中偏侧忽视健侧后顶叶cTBS精神分裂症改善幻听左颞顶叶低频改善阴性症状左侧DLPFC高频慢性脑卒中（改善手运动功能）健侧M1区低频可期待意识障碍左或/和右DLPFC或M1区高频运动性失语高频剌激左额下肌张力障碍cTBS剌激小脑慢性脑卒中（改善运动功能）低频剌激小脑LefaucheurJP,André-Obadian,BaekenC,etal.Evidence-basedguidelinesonthetherapeuticuseofrepetitivetranscranialmagneticstimulation(rTMS):Anupdate(2014–2018).ClinicalNeurophysiology,2020;131:474–528.rTMS在康复医学科中的应用27卒中后康复

运动功能、空间忽略、失语、认知、卒中后抑郁康复等脑、脊髓及周围神经损伤康复

脑外伤后认知与记忆、脑外伤后情感障碍等，脊髓损伤（运动功能、呼吸功能、排尿功能、直肠功能、胃排空能力、肌痉挛）及周围神经损伤康复、脑性瘫痪等慢性神经病理性疼痛中的应用运动相关障碍疾病中的应用TMS治疗的有效性28-28-国内外不同中心临床报道的治疗效果存在很大差异，这与入选患者以及治疗方案不同等均有关系。

此外，仪器本身的技术限制影响刺激输出强度、刺激深度及聚焦程度，从而影响治疗效果，因此需要工程技术人员进一步优化设备以适应临床需要。

还有随着对疾病的脑功能和脑网络研究进展，将会发现更加有效的治疗靶点，以满足更高的临床需求。李莹萱,彭艳,林华.无创神经调控技术的现状与未来[J].脑与神经疾病杂志,2019.TMS技术的临床应用29刺激靶点的精准定位是取得良好疗效的前提Lefaucheur等［1］分别使用传统定位方法和导航精准定位对1例重度抑郁症患者进行rTMS治疗，结果显示导航下rTMS治疗的抗抑郁效果更加确切显著。Rodseth等［2］开发了一种利用3D相机及相关软件的低成本的导航模式，也是一种有益的探索。［1］LefaucheurJP,BrugèiresP,Ménard-LefaucheurL,etal.Thevalueofnavigation-guidedrTMSforthetreatmentofdepression:Anillustrativecase［J］.NeurophysiolClin,2007,37（4）:265-271.［2］RodsethJ,WashabaughEP,KrishnanC.Anovellow-costapproachfornavigatedtranscranialmagneticstimulation.［J］.RestorNeurolNeurosci,2017,35（6）:601-609.30阿米智能机器人系统

优优磁刺激智能机器人定位系统30机器人TMS技术精准、智能定位！31对于康复科，rTMS是一种有效的物理疗法；FDA认可、循证基础充分、无创、科学基础、循证基础好方向：精准医学：人群、精准参数：部位、强度、频率、次数基础研究是关键rTMS在康复医学科中的应用经颅直流电刺激（tDCS）32

国际临床神经生理学联盟(IFCN）组织欧洲专家团搜集了2016年9月前发表的经颅直流电刺激治疗研究进行循证分析，制订了经颅直流电刺激疗法的应用指南。于2017年发表于国际权威杂志《ClinicalNeurophysiology》+Anodal-Cathodal33指南背景国际IFCN基于2016年9月前的循证证据（361个RCT，8171例）发布。推荐级别及相关疾病如下：不推荐等级疾病阳极阴极B级（极大可能无效）耳鸣左TPC右OFC耐药抑郁症左DLPFC右OFCEvidence-basedguidelinesonthetherapeuticuseoftranscranialdirectcurrentstimulation(tDCS),ClinicalNeurophysiology,2017.经颅直流电刺激（tDCS）tDCS的安全性34Evidence-basedguidelinesonthetherapeuticuseoftranscranialdirectcurrentstimulation(tDCS),ClinicalNeurophysiology,2017.tDCS的安全性电流强度电极片大小电流刺激时间tDCS治疗输出电流一般为1~2mA的微弱电流每次刺激时间20min左右在有关tDCS的实验中多数无不良反应仅有轻微不良反应出现以电极片下局部轻微刺痛感、皮肤发红、颈部疼痛等最为多见，有时会出现疲乏感、发痒。

tDCS技术应用现状35目前tDCS仍处于临床研究阶段。Kuo等［1］归纳总结了tDCS用于治疗神经、精神疾病的临床试验，分为两类：探索性试验，主要用于评估TDCS对症状改善的疗效；对照试验，旨在得出对临床治疗有指导意义的证据。

迄今为止这类研究的疾病数量有限，其中tDCS在疼痛和抑郁症的治疗中产生了较为明显的临床效果，而且不良反应罕见的、温和.Fiene等［2］研究，tDCS正极刺激可以改善多发性硬化患者的疲劳相关认知能力的下降。Suntrupkrueger等［3］研究tDCS刺激卒中后吞咽困难患者的健侧吞咽运动皮质，结果发现早期使用tDCS治疗可以加速急性卒中后吞咽困难的恢复，推测与吞咽功能网络重组有关。［1］KuoMF,PaulusW,NitscheMA.Therapeuticeffectsofnon-invasivebrainstimulationwithdirectcurrents（tDCS）inneuropsychiatricdiseases［J］.Neuroimage,2014,85（Pt3）:948-960.［2］FieneM,RufenerKS,KuehneM,etal.Electrophysiologicalandbehavioraleffectsoffrontaltranscranialdirectcurrentstimulationoncognitivefatigueinmultiplesclerosis［J］.JNeurol,2018,265（3）:607-617.［3］Suntrup-KruegerS,RingmaierC,MuhleP,etal.Random