近日，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所的研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了一款便攜式、可穿戴的經(jīng)顱磁刺激（rTMS）設(shè)備。該設(shè)備由電池供電，可在步行或日?；顒?dòng)中提供治療性磁脈沖，有望突破現(xiàn)有TMS設(shè)備對(duì)靜態(tài)使用場(chǎng)景的限制，為神經(jīng)調(diào)控和康復(fù)治療帶來(lái)新的可能性。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《Nature Communications》。

突破現(xiàn)有技術(shù)局限，助力移動(dòng)化治療

重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（rTMS）是一種非侵入性神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，廣泛用于抑郁癥、卒中后運(yùn)動(dòng)功能障礙及其他神經(jīng)精神疾病的治療，同時(shí)也在認(rèn)知與運(yùn)動(dòng)功能研究中發(fā)揮重要作用。然而，現(xiàn)有的TMS系統(tǒng)普遍體積龐大，需要外接電源，僅適用于臨床環(huán)境中的靜態(tài)使用。這一局限不僅影響對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境下大腦活動(dòng)的研究，也使患者難以在日常生活中接受治療，增加了治療成本和依從性挑戰(zhàn)。

此前，尚無(wú)電池供電或可穿戴式設(shè)備能夠達(dá)到觸發(fā)直接神經(jīng)元響應(yīng)所需的刺激強(qiáng)度。為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合輕量化線圈設(shè)計(jì)和高壓脈沖技術(shù)，成功研制出全球首款可在自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行神經(jīng)調(diào)控的便攜式rTMS設(shè)備。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)：輕量化頭戴線圈與便攜電源

該系統(tǒng)由頭戴式刺激線圈和后背佩戴的控制與電源單元兩部分組成。其中，研究人員設(shè)計(jì)了一種新型8字形線圈，采用特殊磁芯材料，在提升磁場(chǎng)強(qiáng)度的同時(shí)降低能耗，使其能夠在僅依靠電池供電的情況下提供有效的神經(jīng)刺激。

控制與電源單元重量?jī)H約1千克，可通過(guò)肩帶固定在背部，內(nèi)置高功率轉(zhuǎn)換器，能夠在18伏電池的支持下輸出最高1,600伏、500毫安的電脈沖，并具備能量回收功能，有效延長(zhǎng)電池壽命并減少熱量積聚。實(shí)驗(yàn)表明，該設(shè)備可在單次充電下提供超過(guò)8,000次磁刺激，且線圈溫度始終保持在國(guó)際醫(yī)療設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，不會(huì)因高頻使用而過(guò)熱。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：動(dòng)態(tài)環(huán)境下有效刺激大腦

為了驗(yàn)證設(shè)備的有效性，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)15名健康成年人（年齡25-40歲）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。研究人員首先利用計(jì)算機(jī)模擬評(píng)估該設(shè)備在人體大腦中的電場(chǎng)分布，并與商業(yè)化TMS設(shè)備進(jìn)行比較，測(cè)量了脈沖寬度、磁通密度、溫升和重復(fù)頻率等關(guān)鍵參數(shù)。

在人體實(shí)驗(yàn)中，受試者在靜坐和步行狀態(tài)下分別接受運(yùn)動(dòng)皮層的磁刺激，并通過(guò)肌電圖（MEP）記錄手部與腿部肌肉的反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在步行狀態(tài)下，肌電反應(yīng)幅度比靜息狀態(tài)下增加了兩倍以上，表明該設(shè)備可在自然運(yùn)動(dòng)過(guò)程中提供有效的神經(jīng)刺激。

測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，該可穿戴設(shè)備可產(chǎn)生1.2特斯拉（Tesla）的磁場(chǎng)強(qiáng)度，脈沖寬度348微秒（microseconds），其性能與商業(yè)化rTMS系統(tǒng)相當(dāng)。設(shè)備支持高達(dá)100Hz的刺激頻率，可執(zhí)行10Hz和Theta Burst（θ節(jié)律）等標(biāo)準(zhǔn)化刺激模式，滿(mǎn)足臨床治療需求。

未來(lái)展望：家庭化與智能化發(fā)展

盡管本次研究主要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為未來(lái)該設(shè)備有望應(yīng)用于家庭康復(fù)和移動(dòng)治療。下一步，研究人員計(jì)劃將設(shè)備與腦電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（EEG）集成，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋與自適應(yīng)調(diào)節(jié)，從而支持閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控（closed-loop neuromodulation），提升個(gè)性化治療效果。

這一突破性的便攜式rTMS設(shè)備不僅為腦科學(xué)研究提供了新的工具，也有望顯著降低神經(jīng)精神疾病患者的治療門(mén)檻，為遠(yuǎn)程康復(fù)、居家治療和個(gè)性化干預(yù)提供全新解決方案。

參考文獻(xiàn)：Zihui Qi et al, A wearable repetitive transcranial magnetic stimulation device,?Nature Communications?(2025).?DOI: 10.1038/s41467-025-58095-9

編輯：王洪

排版：李麗