除了药物,我们能否直接“调控”大脑的运行状态?非侵入式脑刺激技术(non-invasive brain stimulation,NIBS),或许正成为一条充满希望的新路径。
该领域综述指出,目前主流技术如重复经颅磁刺激(repetitive Transcranial magnetic stimulation, rTMS)与经颅电刺激已在临床探索中积累了大量经验,同时也面临刺激深度、精度等挑战。在此背景下,能够实现“非侵入深部刺激”的新方法(如经颅时间干涉刺激ranscranial Temporal interference stimulation,tTIS),以及更智能的“闭环个体化”调控策略,正逐渐走向舞台中央。
本文将带你一览神经调控领域的前沿进展与未来方向。
NIBS 技术路径:从传统磁电到新型深部调控
非侵入性脑刺激方法概览
经颅磁刺激(TMS):通过电磁冲激活细胞,主要作用于皮层浅表区域,具有高精度且能直接刺激大脑细胞,常用于临床治疗和研究。
经颅直流电刺激(tDCS):使用恒定电流,作用于皮层,能够调节神经活动,且仅调整脑电流,广泛用于神经康复领域。
经颅交流电刺激(tACS):通过低频交流电流调节脑波,主要应用于调节大脑的不同电活动,对改善认知和运动功能有积极作用。
经颅随机噪声刺激(tRNS):使用随机噪声电流刺激脑区,能够增强脑部反应,对神经系统有较好的适应性,通常用于实验和研究。
经颅时间干涉刺激(tTIS):通过两个高频电流干涉产生低频效应,能够精准作用于深层脑区,适用于处理更复杂的神经退行性疾病。
经颅聚焦超声(tFUS):通过机械压力波调节深层脑区的细胞行为,能够精准定位深层脑区,并用于治疗深层脑结构疾病。
NIBS 方法通过外部物理能量干预大脑活动,核心技术包括rTMS和tES,它们各有特点:
新突破:深层刺激
传统的 rTMS/tES 只能有效作用于皮层浅表区域。为了治疗涉及深部结构的疾病,新技术正在改变格局:
经颅时间干涉刺激 (Transcranial temporal interference stimulation, tTIS):通过两个高频电流的干涉,在深层脑区产生低频效应,有望瞄准纹状体和海马等脑区,有居家治疗方案的潜力,其在未来可能有更广泛的普及性。
经颅聚焦超声 (Transcranial-focused ultrasound,tFUS):利用机械压力波改变细胞行为,旨在调控更深层的结构如丘脑。
图 1 | 非侵入性脑刺激方法。 非侵入性脑刺激方法的总结,重点标示了它们靶向的大脑区域。
图 2 | 最广泛使用的非侵入性脑刺激技术概览。 rTMS激活皮层神经网络(上图),而tES)调节皮层神经网络(下图)。 针对tDCS,当阳极放置在靶区域上时,该方案称为“阳极tDCS”;而当阴极放置在靶区域上时,则称为“阴极tDCS”。 cTBS(continuous theta-burst stimulation),连续性θ脉冲刺激;iTBS(intermittent theta-burst stimulation),间歇性θ脉冲刺激。
NIBS如何“精确调控”四大神经系统疾病
随着脑科学的发展,非侵入式脑刺激(NIBS)已从针对单一脑区的“广谱”干预,进阶为瞄准特定疾病背后大尺度脑网络的“精确制导”治疗策略。
图 3 | 阿尔茨海默病和卒中的脑刺激靶点。 可用于治疗阿尔茨海默病和卒中认知与运动缺陷的脑区域靶点,并将其映射到大尺度功能网络上。彩色标签表示每个区域的功能网络归属,虚线轮廓表示非侵入性脑刺激的潜在干预靶点。 aTP (anterior temporal pole),颞叶前极;BG (basal ganglia),基底神经节;CRBL (cerebellum),小脑;DLPFC (dorsolateral prefrontal cortex),背外侧前额叶皮层;Hipp/mTL (hippocampus/medial temporal lobe),海马/内侧颞叶;IFG (inferior frontal gyrus),额下回;M1 (primary motor cortex),初级运动皮层;Par (parietal cortex),顶叶皮层;PCUN (precuneus),楔前叶;PPC (posterior parietal cortex),后顶叶皮层;SMA (supplementary motor area),辅助运动区;STG (superior temporal gyrus),颞上回。
阿尔茨海默病:多维网络调控
当前的干预重点不再局限于单个脑区,而是针对与认知记忆密切相关的多个核心网络:
额顶控制网络:以背外侧前额叶皮层为核心靶点,旨在提升执行功能与联想记忆。新型加速间歇性θ脉冲刺激方案已显示出起效更快的潜力。
默认模式网络:针对记忆障碍,高频重复经颅磁刺激或伽马波段交流电刺激常作用于楔前叶、海马等关键节点,以调控该网络活性。
小脑:刺激小脑特定区域作为新兴方向,可能为改善整体认知功能提供新路径。
帕金森病:分症状的环路干预
治疗策略根据核心症状精准定位不同脑网络:
构音障碍:常靶向右后颞上回,以改善言语流畅性。
运动与认知障碍:主要聚焦于背外侧前额叶皮层及基底神经节等构成的复杂环路。重复经颅磁刺激是常用技术,而经颅直流电刺激与经颅时间干涉刺激则因其深部调控潜力而备受关注。
脑卒中:促进脑网络重建
卒中后的恢复被视为一项“网络重建工程”:
运动功能:策略正从单纯调节初级运动皮层,转向干预涉及小脑、基底神经节等的学习与适应性网络。
认知与语言:针对背外侧前额叶皮层可改善执行功能;对额下回、颞上回等语言区进行刺激,并结合言语治疗,有助于失语症康复。
创伤性脑损伤:明确疗效的探索
该领域证据仍在积累,当前共识是:
核心靶点:左侧背外侧前额叶皮层是改善认知功能最常干预的区域。
核心挑战:研究样本量小、方案异质性问题突出,亟需大规模临床试验以确立标准化治疗方案。
NIBS迈向未来的四大前沿方向
为实现非侵入式脑刺激从“潜力工具”向“成熟疗法”的跨越,当前研究正沿着四大前沿方向推进,致力于让治疗更精准、更智能、更深透、更迅速。
网络化靶向:从“单点突破”到“系统干预”
未来NIBS将超越对单一脑区的刺激,转而利用功能磁共振、脑电等技术,精准定位特定疾病中异常脑网络的“核心枢纽”。治疗策略也将从“单点刺激”升级为对多个关键节点进行同步或有序调控的“网络化干预”。
闭环个体化:在“最佳时机”给予智能刺激
通过实时同步脑电等生理信号,新一代的闭环NIBS系统能够实时判断大脑状态,并在神经可塑性最高的“机会窗口”自动施加刺激。这种“伺机而动”的智能模式,旨在最大化每次干预的治疗效率。
深部无创调控:打开大脑“深层禁区”
以经颅时间干涉刺激和聚焦超声为代表的新技术,首次实现了对海马、基底神经节等深部脑结构的无创精准调控。这为直接干预帕金森病运动症状、阿尔茨海默病记忆缺陷等疾病的根源病理环路,开辟了革命性的治疗途径。
高强度加速方案:以“密集疗程”换取“快速康复”借鉴在抑郁症等领域积累的经验,研究者正在探索将传统长达数周的治疗,压缩为几天内完成的高频、高强度“冲刺式”方案。这种加速治疗模式,有望为脑卒中、神经退行性疾病患者带来更快起效、更持久的临床获益。
结语
随着非侵入式脑刺激技术(NIBS)的持续发展,对大脑浅层与深层区域的精准电调控,已成为干预神经退行性疾病及脑损伤后遗症的重要策略。
目前,以经颅直流电刺激与经颅交流电刺激为代表的皮层调控技术已得到广泛应用,它们通过调节皮层神经活动,在改善认知功能、运动控制及语言障碍等方面展现出潜力。与此同时,技术的前沿正迈向大脑更深层。以经颅时间干涉刺激为代表的新兴技术,能够精准聚焦于纹状体、海马等深部脑区,为直接干预这些关键结构的疾病开创了新的治疗途径。
原文地址:Rektorová I, Pupíková M, Fleury L, Brabenec L, Hummel FC. Non-invasive brain stimulation: current and future applications in neurology. Nat Rev Neurol. 2025 Dec;21(12):669-686.doi:10.1038/s41582-025-01137-z. Epub 2025 Sep 16. PMID: 40957931.