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采用具有时间干涉（temporal interference，TI）的经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation，tACS）进行无创深部脑刺激（deep-brain stimulation，DBS），已成为治疗运动障碍和神经精神疾病的一种有前景的方法。在此，我们提出了一套适用于成年大鼠的临床前TI-tACS实验方案，该方案遵循系统性方法：首先利用解剖学真实的啮齿动物头部有限元数字孪生模型，对深部靶点的电极放置和注入电流进行优化，随后在体内对模型预测结果进行验证。我们将微创TI-tACS与功能磁共振成像（fMRI）相结合，以表征刺激相关的全脑神经反应、功能连接的改变以及神经递质水平的变化。优化后的电极配置主要靶向腹侧（运动相关）丘脑。刺激诱发的fMRI显示，皮下和皮质区域均出现显著的双侧激活，包括丘脑、海马、杏仁核、脾后皮质和前扣带皮质；这反映了TI-tACS对脑神经环路的直接和间接激活。静息态fMRI期间的连接模式变化较为有限（例如海马伞），但与刺激诱发的fMRI所示区域存在部分重叠。因此，我们推测，单次刺激后，TI对神经网络的影响仅具有短期效应。磁共振波谱结果显示，丘脑中的谷氨酸/GABA比值呈升高趋势。总体而言，我们证明了TI是啮齿动物无创DBS一种可行且有效的方法，并且基于数字孪生的优化结合体内验证，为个体化刺激提供了工作流程，也为未来在疾病模型中开展机制性和转化性研究奠定了基础。
采用具有时间干扰（temporal interference，TI）效应的经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation，tACS）进行无创深部脑刺激（deep-brain stimulation，DBS），已成为治疗运动障碍和神经精神疾病的一种有前景的方法。在本研究中，我们提出了一套适用于成年大鼠的临床前TI-tACS实验方案，该方案遵循系统化研究路径：首先，利用解剖学真实的有限元大鼠头部数字孪生模型，对深部靶点的电极放置位置和注入电流进行优化；随后，在体内对模型预测结果进行验证。我们将微创TI-tACS与功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）相结合，以表征刺激相关的全脑神经反应、功能连接改变以及神经递质水平变化。优化后的电极配置主要靶向腹侧（与运动相关的）丘脑。刺激诱发的fMRI显示，在皮层下和皮层区域均出现稳健的双侧激活，包括丘脑、海马、杏仁核、压后皮层和前扣带皮层；这些结果反映了TI-tACS对脑内神经环路的直接和间接激活。静息态fMRI显示，刺激期间的连接模式变化较为有限（例如，海马伞），但与刺激诱发的fMRI信号在区域上存在部分重叠。因此，我们推测，单次刺激后TI对神经网络的影响仅具有短期效应。磁共振波谱分析显示，丘脑内谷氨酸/GABA比值呈升高趋势。总体而言，我们证明了TI是一种在啮齿动物中实施无创DBS的可行且有效的方法；同时，基于数字孪生模型的优化结合体内验证，为实现个体化刺激提供了工作流程，并为未来在疾病模型中开展机制性和转化性研究奠定了基础。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.26.754615v1?rss=1
🏷️ 经颅时间干涉电刺激 数字孪生优化 深部脑刺激 功能磁共振成像 神经环路激活 谷氨酸/GABA代谢