實驗名稱：經顱磁聲刺激與經顱超聲刺激誘發肌電運動阈值的對比研究

　　研究方向：生物醫學

　　測試目的：

　　在腦科學與神經科學研究中，物理刺激是目前應用最廣泛的電磁刺激技術。該技術利用變化的磁場誘發感應電流進而對神經組織進行調控，具有安全無創、矢量性刺激的特點。TMS不仅广泛应用于神经疾病的治疗，如抑郁症、癫痫等，还可以用于脑认知活动与功能区定位。由于理论上电磁场遵循拉普拉斯方程，即TMS线圈的场强无法存在一个局部的极大值（聚焦点），因此难以实现毫米量级磁场或电场的聚焦，其刺激深度也局限于对皮层的刺激。经颅超声刺激（transcranialultrasound stimulation，TUS）作为一种新型的神经调控技术，将低强度的超声聚焦作用于脑部靶区，利用超声声束的机械效应对脑部进行无创的神经刺激，是一种力学调控。TUS因具有非侵入性、高空间分辨力、可实现深部刺激等潜在特点引起愈加广泛的关注与研究。而经颅磁声刺激（transcranialmagneto-acoustical stimulation，TMAS）是一种基于磁声耦合原理的神经调控技术，它利用超声的聚焦性可实现毫米级空间分辨的聚焦电刺激，可对神经电活动进行直接调控。该方法在保证刺激深度的情况下可获得更好的定位和脑功能区靶点刺激，特别是对刺激靶向性要求更高的脑功能分区领域以及深部经颅精准刺激领域具有重要的研究价值和应用前景。

　　測試設備：ATA-4014高壓功率放大器、信號發生器、移動支架、旋轉槽、靜磁鐵、超聲換能器、聲准直器、立體定位儀、通道生理記錄儀

　　圖：實驗系統框圖

　　實驗過程：

　　首先由信號發生器産生特定重複頻率的脈沖觸發信號，信號發生器用于産生特定幅值及寬度的脈沖串。調制後的超聲信號經由ATA-4014高壓功率放大器放大后激励超声换能器，该换能器为平面型超声换能器，中心频率500kHz，带宽300kHz。换能器发射的超声波经声准直器聚焦，对实验小鼠脑部靶区进行刺激。实验中，待刺激小鼠被固定于脑立体定位仪上，使用呼吸麻醉机，对实验小鼠进行轻度气体麻醉。表面磁感应强度为0.3T的静磁铁放置在实验小鼠旁的旋转移动支架上，以提供TMAS实验需要的静磁场。实验中，可通过旋转支架控制磁场的施加与撤除，分别实现对小鼠的TMAS和TUS过程。静磁铁的表面磁感应强度通过高斯计测试获得。此外，为了确定实验中的声学参数，设置了声场检测装置。针式水听器用于检测待刺激靶区的声信号，该声信号经可变增益放大器由数字示波器显示。实验中，使用多通道生理电信号采集处理系统对小鼠EMG进行采集、放大及简单滤波。EMG的后期分析、处理使用MATLAB工具包。

　　圖：小鼠EMG與TMAS激勵信號關系

　　實驗結果：

　　本文基于小鼠EMG的采集、分析及運動阈值的獲�。瑢Ρ妊芯苛薚US與TMAS對運動皮層神經的調控效果。結果表明：相對于TUS，TMAS可以在更低的超聲強度下誘發小鼠的EMG並檢測到運動阈值；並且在相同超聲強度激勵下，TMAS引起EMG的成功率更高，運動反饋也更加穩定。該結果反映出TMAS較TUS具有更有效的小鼠腦皮層運動區調控能力，其原因是TMAS結合了耦合電場與聲場的複合刺激，同步的聲場與電場形成了協同調控。

　　圖：激勵電壓-刺激靶點處聲壓曲線

　　此外，有研究表明，小鼠在TUS作用下能夠誘發運動反饋的最低超聲強Ispta不低于100mW/cm2。但是，本研究結果表明TMAS可以將能夠引起運動反饋的超聲強度Ispta降低約80%，這很大程度上可以降低超聲的熱效應和空化效應給神經組織可能帶來的損傷。同時對TUS的研究也具有重要意義。本研究中還觀察到：對于TMAS，在磁場引入與撤除的一小段時間內（3~10s），觀察到小鼠EMG的成功率相對于持續進行磁場刺激時更高，這可能是由于神經元細胞存在一定的磁效應，使得神經元細胞膜導電性改變或者阈電位降低。此外，本研究僅選取了EMG作爲評價指標，爲進一步探究TMAS對神經電活動的影響，下一步還可對小鼠的局部場電位、神經電生理等信號進行分析研究，更深入地探索TMAS對神經元細胞的刺激原理與作用機制。

　　安泰ATA-4014高壓功率放大器：

　　圖：ATA-4014高壓功率放大器指标参数

　　本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免費試用。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發、生産和銷售的高科技企業。公司致力于功率放大器、功率信號源、计量校准源等产品为核心的相关行业测试完美真人投注的研究，为用户提供具有竞争力的测试方案，Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。