经颅时间干涉刺激精准调控眼动：深度脑区靶向的新突破

为解决传统经颅交流电刺激（tACS）对深部脑区空间靶向性不足的问题，研究人员开展了经颅时间干涉刺激（tTIS）对小鼠上丘（SC）神经和行为影响的研究。结果表明 tTIS 能精准靶向 SC 并调节眼动，为神经科学研究和治疗应用提供了新方向。

　　在神经科学研究领域，大脑就像一座神秘的城堡，里面藏着无数的秘密等待人们去探索。经颅电刺激（tES）作为一种非侵入性的神经调节技术，就像是一把可以打开城堡大门的钥匙，能够通过头皮电极注入微弱电流来调节大脑区域的活动，为研究大脑功能和治疗神经系统疾病带来了新的希望。以往的研究发现，tES 在改善小鼠认知能力方面展现出了一定的潜力，比如在水迷宫测试、新物体识别测试和旷场测试中，小鼠经过 tES 刺激后表现得更加出色 ，这也为 tES 在临床治疗人类疾病方面提供了理论依据。然而，这把 “钥匙” 却存在一些缺陷，tES 在空间靶向性上存在局限，尤其是对于深部脑区的刺激，就像射箭时难以精准命中远处的靶心一样。由于头部组织的导电性，电流在大脑中传播时会扩散，并且随着深度的增加而衰减，使得传统的 tES 很难在不激活相邻区域的情况下选择性地靶向深部脑区。

为了攻克这一难题，来自南方科技大学、中国科学院深圳先进技术研究院等机构的研究人员展开了一项重要研究，相关成果发表在《Neuroscience Bulletin》上。研究人员旨在探究 tTIS 对小鼠神经活动和行为的因果关系，尤其是对 SC 神经反应和眼动的影响。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先构建了组织模型平台，模拟头部组织导电性，用于评估 tTIS 的效果；接着基于有限元法（FEM）建立小鼠大脑模型，模拟经颅电刺激产生的电场；还进行了动物实验，对小鼠进行病毒注射、光纤植入等手术操作，记录 tTIS 刺激过程中 SC 的 Ca²⁺信号和眼动数据 。

研究结果如下：

1. tTIS 效果的验证：通过组织模型实验，研究人员明确了电极大小、位置和电流比对 tTIS 产生电场的影响。结果发现，改变电极位置和电流比可改变电场分布和幅度，而电极大小在电极位置和电流比不变时对电场分布影响较小。
2. tTIS 诱导的电场分布：FEM 模型显示，与 tACS 相比，tTIS 在相同电流强度和电极配置下，能更精确地刺激目标区域，且不降低目标区域的电场强度，这表明 tTIS 在精确调节皮层下神经活动方面更具优势。
3. 清醒小鼠的实验结果：在小鼠实验中，当 tTIS 的拍频为 0Hz 时，无法诱导眼动和激活 SC 的神经反应；而当拍频为 1Hz 时，则能成功引发眼动并增加 Ca²⁺信号 。此外，tTIS 电流强度在 0.2 - 1.2mA 范围，且频率差为 1Hz 时，可显著增强眼动幅度，当电流强度超过 0.8mA 时，Ca²⁺信号才会显著增加 。同时，tTIS 的拍频能够调节小鼠 SC 的神经活动频率以及眼动频率。

研究结论和讨论部分指出，本研究表明 tTIS 能够比传统方法更精确地调节深部脑区（如 SC）的神经活动和眼动行为。通过调整拍频和电流强度，tTIS 可以实现对神经活动和行为的特异性调节，这凸显了 tTIS 作为一种非侵入性神经调节工具的巨大潜力，为需要精确靶向深部脑区的研究和应用提供了新的有力手段。不过，将该研究成果外推到人类应用时还需谨慎考虑，比如小鼠实验中固定针电极可能造成颅骨损伤，影响脑内电场大小，而且人类和小鼠大脑大小差异也会导致场强不同 。但值得欣喜的是，已有研究开始探索 tTIS 在人类中的应用，并且本研究发现 tTIS 相比其他刺激方式能更精确地刺激特定区域，减少电扩散，这意味着 tTIS 在临床应用方面前景广阔。只要在实际应用中充分考虑刺激电流强度、电极布局等因素，设计出最优的 tTIS 策略，它将有望成为非侵入性刺激深部脑区的有力工具，为神经系统疾病的治疗和神经科学研究带来新的突破。