经颅电刺激适应症系列之tACS提高警觉性

 

警觉性下降的神经生理基础

 

警觉性的核心成分

 

警觉性并非单一能力，而是包含两种可分离的神经机制：觉醒警觉和执行警觉。

 

 

觉醒警觉：主要用于单调、低认知需求的任务（如心理运动警觉任务，PVT），要求个体快速响应随机出现的简单目标（如红色圆点）。其神经基础涉及右前扣带皮层、右侧背外侧前额叶皮层（DLPFC）和右顶下叶组成的网络。

 

 

执行警觉：用于需要抑制控制的高认知需求任务（如持续注意反应任务，SART），要求个体在频繁响应中抑制对特定目标的反应（如数字“3”）。其依赖于DLPFC和前额顶叶网络的高级控制功能。

 

 

 

大脑注意网络：A警报子系统、B定向子系统、C执行控制子系统

 

 

 

时间与昼夜节律的影响

 

时间效应：长时间任务（如持续20分钟以上的PVT或SART）会导致警觉性下降，表现为反应时延长或错误率升高。这种“警觉性递减”与右前额顶叶网络活动减弱及theta（4-7 Hz）、alpha（8-12 Hz）振荡幅度降低相关。

 

 

昼夜节律与个体差异：

 

 

昼夜节律类型（Chronotype）分为早晨型、中间型和夜晚型。夜晚型个体在早晨（非最佳时间）的觉醒水平较低，导致警觉任务表现显著下降。

 

 

前额叶皮层的兴奋性受昼夜节律调节。当个体处于非最佳唤醒状态时（如夜晚型在早晨），DLPFC的神经活动效率降低，加剧警觉性递减。

 

 

 

昼夜节律

 

 

 

HUIYING

经颅交流电刺激（tACS）如何提升警觉性

tACS的作用原理

 

tACS通过头皮电极施加特定频率的交流电，与大脑内源性振荡同步（“夹带效应”），增强目标脑区的功能连接。

 

 

 

tACS电极布置与电场模拟

 

 

 

刺激靶区：右侧DLPFC（电极位置F4），因其在警觉网络中起核心作用；Fp1前额叶。

 

 

频率选择：

 

 

α-tACS（10 Hz）：增强前额顶叶网络的alpha振荡，促进长程同步，抑制无关信息（如SART中的非目标数字）。

 

 

θ-tACS（6 Hz）：调节局部theta振荡，提升觉醒警觉的反应速度。

 

 

 

个体化效果差异

 

刺激效果高度依赖个体的基线唤醒水平：

 

 

非最佳唤醒状态（如夜晚型在早晨）：tACS显著改善警觉性，因皮层兴奋性低于最优水平，刺激可将其提升至“倒U型曲线”的峰值。

 

 

最佳唤醒状态（如中间型在白天）：tACS无显著效果，因皮层已处于高效状态。

 

 

 

HUIYING

临床研究验证

 

 

研究方法

 

参与者分组：

 

 

实验1：中间型（n=73）在白天（最佳时间）执行任务。

 

 

实验2：夜晚型（n=29）在早晨（非最佳时间）执行任务。

 

 

 

刺激条件：

 

 

α - tACS（10 Hz）、θ - tACS（6 Hz）、Sham（伪刺激），电流强度1.5 mA，持续25分钟。

 

 

 

任务：

 

 

PVT（觉醒警觉）：快速点击随机出现的红色圆点。

 

 

SART（执行警觉）：抑制对数字“3”的响应。

 

 

 

研究结果

 

觉醒警觉（PVT）：

 

 

夜晚型：Alpha和Theta-tACS均缩短反应时（vs. Sham），但两者无差异。

 

 

中间型：无显著改善。

 

 

 

执行警觉（SART）：

 

 

夜晚型：仅Alpha-tACS提高抑制准确性，并减缓时间相关的表现下降。

 

 

Theta-tACS无效：可能因theta振荡在低唤醒状态下难以维持工作记忆。

 

 

 

实验1 和实验 2 的结果

 

 

 

实验 1：任务进行中，PVT 和 SART 任务表现均下降，但刺激条件对任务表现无显著影响。

 

 

实验 2：刺激条件对任务表现有显著影响。PVT 任务中，假刺激组 RTs 比 α - tACS 和 θ - tACS 组慢；SART 任务中，α - tACS 组准确率高于假刺激组，RTs 更慢，θ - tACS 组与假刺激组无差异。此外，α - tACS 组任务表现随时间下降幅度小于 θ - tACS 组和假刺激组。

 

 

 

研究结论

 

tACS对警觉性的影响：θ 和 α - tACS 能提升唤醒警觉性，α - tACS 还能改善执行警觉性任务的准确率并减弱警觉性随时间的下降，但这些效果仅在唤醒基线较低（夜晚型参与者在非最佳时间测试）时出现。

 

 

 

个体差异的重要性：研究结果支持警觉性的多成分观点，强调考虑个体唤醒基线差异的重要性，以及α 振荡在补偿任务时间相关表现下降中的作用。未来研究可借助 EEG 和 NIBS 协议，进一步探究低唤醒条件下执行警觉任务时 α 振荡与大脑其他部分的沟通机制。

 

 

 

HUIYING

治疗方案的具体参数

Montage刺激位点：

 

刺激方案：

 

参数类别	成人标准	青少年
电极位置	Fp1 / F4	Fp1 / F4
电流强度	1−1.5 mA	0.5−0.75 mA
频率	10 Hz（α - tACS ）；6 Hz（θ - tACS）	10 Hz（α - tACS ）；6 Hz（θ - tACS）
单次时长	20 min，按需每日	20 min，按需每日

适用人群与时机

 

最佳候选者：夜晚型个体在非最佳时间（如早晨）执行高警觉需求任务时。

 

 

禁忌：癫痫病史或头皮损伤者需谨慎。

 

 

 

总结

 

 

经颅交流电刺激（tACS）通过调节前额叶振荡，为改善警觉性提供了新途径。其效果取决于个体昼夜节律与任务类型：Alpha-tACS对执行警觉更具优势，而Theta-tACS更适合觉醒警觉。未来研究需结合EEG监测，进一步优化个性化参数。

 

 

 

HUIYING

回映产品  

1.便携式HD-tES

回映便携式高精度经颅电刺激仪(HD-tES)创新地采用type-C转生物电极的设计使得产品能够非常便捷地被使用。回映便携式高精度经颅电刺激仪(HD-tES)通过多电极配置(1个中心电极和4个返回电极)实现高精度电流聚焦,精准刺激目标脑区。其核心优势在于通过缩小电极尺寸(直径12mm的环形电极)和增加电极数量,显著提升刺激的聚焦性和精准性。

 

 

HD-otDCS 模式：叠加振荡电流于直流偏置，同步调节神经元兴奋性与节律性活动，高密度电极提升空间精度，频率特异性与个体化参数优化共振效应。

 

HD-tDCS模式：调节皮层兴奋性,适用于中风康复、抑郁症干预等。

 

HD-tACS模式：精准锁定脑电频段(如β-γ频段改善强迫症,4Hz增强工作记忆)适配认知障碍治疗等。

 

HD-tRNS模式：HD-tRNS 对显式和隐式计时任务的影响不同,用于研究大脑的计时机制和时间处理能力等。
 

调幅经颅交流电刺激模式（Amplitude-Modulated Transcranial Alternating Current Stimulation）：通过载波频率（Carrier Frequency）与调幅频率（AM Frequency）的协同作用，实现对目标脑区特定低频神经振荡（如Delta、Theta、Alpha波）的节律性夹带（Entrainment），并精准调控跨频耦合（Cross-Frequency Coupling, CFC）机制（如Theta-Gamma相位-振幅耦合），以优化神经网络的同步性与功能连接。
 

适用范围:神经系统疾病治疗，意识障碍和认知功能调节，康复治疗，运动和认知功能恢复。认知增强、工作记忆优化及精神分裂症、抑郁症等神经精神疾病的网络同步性调节。

回映自研type-C转生物电极示意图

 

 

基本参数

 

刺激强度：-2mA~2mA 连续可调，调节分辨率0.01mA，输出电流误差 <=±10%；

 

刺激时间：0~60min 可调；

 

刺激频率：针对于 tPCS/tACS 模式，1Hz ～ 99Hz范围内可调，频率步进1Hz， 输出频率误差<=±5%；

 

淡入淡出时间：0~120s 可调，确保刺激的安全性；

 

脱落检测：通过实时阻抗检测分析电极脱落状态确保刺激有效性；

 

相位同步：<=±2.5us; <=0.09°；

 

2.手持式tES

经颅电刺激调控设备采用低强度的电流（±2mA以内)对大脑皮层的靶区域进行刺激，进而达到调节大脑皮层神经元兴奋性、调节脑电波节律、促进神经重塑和修复、改善脑部供血等。

 

震荡经颅直流电刺激 (otDCS)：改善认知功能、增强联想记忆，逆转轻度认知障碍患者的情景记忆衰退等

 

经颅直流电刺激(tDCS)：治疗精神分裂症、抑郁症、物质成瘾、阿尔茨海默病、脑卒中后的运动功能障碍、语言障碍、认知障碍等

 

经颅交流电刺激(tACS )：治疗视功能障碍、认知障碍,提高学习能力、工作记忆等

 

经颅脉冲电刺激(tPCS)：增强运动技能,缓解疲劳,促进知觉学习任务、算术任务，调节注意力切换任务的准确性,改善帕金森病患者的步态平衡等

 

经颅随机噪声刺激(tRNS)：治疗耳鸣,提高工作记忆、认知能力等

 

调幅经颅交流电刺激模式（Amplitude-Modulated Transcranial Alternating Current Stimulation）：通过载波频率（Carrier Frequency）与调幅频率（AM Frequency）的协同作用，实现对目标脑区特定低频神经振荡（如Delta、Theta、Alpha波）的节律性夹带（Entrainment），并精准调控跨频耦合（Cross-Frequency Coupling, CFC）机制（如Theta-Gamma相位-振幅耦合），以优化神经网络的同步性与功能连接。
 

 

适应症：焦虑、抑郁、失眠、癫痫、强迫症、注意缺陷多动障碍、巩固记忆、运动控制等。认知增强、工作记忆优化及精神分裂症、抑郁症等神经精神疾病的网络同步性调节。

 

回映便携式tES设备示意图

 

 

基本参数

 

刺激强度：10mA~30mA 连续可调，调节分辨率0.01mA，输出电流误差<=±10%

刺激频率: 1Hz~99Hz 范围内可调，频率步进为 1Hz，输出频率误差 <=±5%

载波频率: 2KHz~100KHz 范围内可调，频率步进为 1KHz，输出频率误差 <=±1%

刺激时间：0~60min可调

淡入淡出时间：0~120s 可调，确保刺激的安全性

脱落检测: 通过实时阻抗检测分析电极脱落状态确保刺激有效性