我国科学家研制出全球首款电池供电的可穿戴经颅磁刺激设备

  记者3月25日从中国科学院自动化研究所获悉，该所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室近日成功研发出全球首款电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备（rTMS），相关成果已发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。

  论文的共同第一作者、中国科学院自动化研究所副研究员戚自辉介绍，这台设备重量小于3公斤，性能却与商用大型设备相当，为rTMS技术在家庭、社区及自由行动中的全场景应用提供了新可能。

  “脑机接口技术将大脑与机器建立联系，实现脑与外部设备的信息交换，按照信息流的方向可分为‘脑控’和‘控脑’两类。”中国科学院自动化研究所研究员、脑网络组与脑机接口北京市重点实验室主任蒋田仔说。

图片来源于网络，如有侵权，请联系删除

图为中国科学院自动化研究所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室研发的电池供电可穿戴重复经颅磁刺激设备（rTMS）。（中国科学院自动化研究所供图）

  蒋田仔介绍，“脑控”实现了脑信号解码到外部设备的信息转换，而“控脑”也叫神经调控，通过电、磁、声、光、热等手段，将物理能量写入大脑来干预神经元的活动，实现机器到脑的信息交换。相较于药物治疗，物理神经调控技术因其副作用小、靶向性好，是临床脑疾病治疗的利器。以深部脑刺激（DBS）为代表的有创神经调控技术已在治疗帕金森病等领域取得进展。

图片来源于网络，如有侵权，请联系删除

  然而，在无创神经调控中，由于人类进化形成的头皮、颅骨、脑脊液、脑膜等多层颅脑结构，将脑组织层层保护，使得精确、有效的无创神经调控变得很困难，这始终是神经调控领域中一块难啃的“硬骨头”。

  戚自辉介绍，1985年，英国谢菲尔德大学教授安东尼·巴克尔等人发明了经颅磁刺激技术（TMS），其利用时变磁场在脑内产生感应电流，实现对神经元的非侵入性调控，直接激活神经元产生动作电位。作为一种阈上的无创神经调控手段，TMS与磁共振成像、正电子发射成像、脑磁图并称“脑科学四大技术”。

图片来源于网络，如有侵权，请联系删除

  “传统rTMS设备的脉冲发放频率很高，配套的电源和散热设施使设备重达数十公斤，极大限制其在临床和科研中的应用。如何将rTMS设备小型化，甚至是实现可穿戴，是技术难题。”戚自辉说。

  戚自辉介绍，研究团队通过轻量级磁芯线圈设计和高功率密度高压脉冲驱动技术的突破，成功将设备功耗、重量降至进口商用设备的10%，且和现有传统商业TMS设备的刺激强度接近。试验中，该设备首次在自由行走过程实现了rTMS神经调控，揭示了中枢神经系统和不同肢体肌肉活动之间的动态相互作用。

  论文的共同第一作者、中国科学院自动化研究所高级工程师刘浩表示，可穿戴rTMS设备未来可与脑电、近红外等非侵入式脑信号检测技术结合，通过对脑信号的实时解码优化rTMS调控过程，形成可穿戴式闭环rTMS神经调控系统，提升现有rTMS的治疗稳定性，让闭环脑机接口从实验室走向真实场景的大规模应用成为可能。

  “可穿戴rTMS设备的成功研发是神经精神疾病治疗领域的一项突破，将为患者带来更便捷、更有效的治疗选择，同时也为脑科学研究提供了新的工具。这项技术将会在脑健康和脑机接口领域发挥重要作用。”蒋田仔说。（记者宋晨）