多腦區(qū)協(xié)同的睡眠啟動機制

睡眠的啟動依賴于皮層與皮層下結(jié)構(gòu)的動態(tài)交互。前額葉皮層通過調(diào)控皮層-丘腦-腦干環(huán)路，主導(dǎo)從覺醒到睡眠的過渡。實驗表明，前額葉神經(jīng)元在睡眠初期會率先進入同步化狀態(tài)，其theta（5-7 Hz）和alpha（8-12 Hz）節(jié)律的增強直接反映睡眠壓力的積累。

丘腦的關(guān)鍵作用：丘腦不僅是感覺信息的中繼站，更是睡眠節(jié)律的“節(jié)拍器”。丘腦網(wǎng)狀核通過釋放GABA抑制丘腦-皮層神經(jīng)元活動，減少外界感覺輸入，同時促進慢波振蕩（0.5-1 Hz）的生成。這種抑制性調(diào)控在非快速眼動睡眠（NREM）階段尤為顯著。

海馬與記憶鞏固：睡眠期間，海馬體的theta節(jié)律與皮層慢波活動形成跨頻耦合，促進記憶的離線處理。動物實驗顯示，海馬在睡眠啟動前數(shù)分鐘即出現(xiàn)同步化活動，提示其可能通過調(diào)控皮層-丘腦反饋環(huán)路加速睡眠進程。

睡眠-覺醒的腦區(qū)協(xié)同機制

睡眠階段的腦電特征

睡眠的不同階段對應(yīng)特定的腦電圖（EEG）模式：

清醒期：以低幅高頻的beta（13-24 Hz）活動為主；

睡眠初期：theta和alpha活動逐漸增強，前額葉區(qū)域最先出現(xiàn)同步化；

慢波睡眠（SWS）：以高幅低頻的delta（0.5-4 Hz）和慢波活動（SWA）為標(biāo)志；

REM睡眠：theta和gamma（>30 Hz）活動交替出現(xiàn)。

清醒狀態(tài)和非快速眼動睡眠腦電圖

HUIYING

經(jīng)顱交流電刺激的作用機制

頻率特異性神經(jīng)振蕩夾帶原理

tACS通過施加與目標(biāo)腦波同頻的交流電場，誘導(dǎo)神經(jīng)元集群的膜電位發(fā)生節(jié)律性振蕩。當(dāng)刺激頻率（5 Hz）接近神經(jīng)元的固有共振頻率時，會產(chǎn)生夾帶效應(yīng)（entrainment），表現(xiàn)為

相位同步增強：神經(jīng)元放電時間與刺激電場相位耦合

功率譜峰值偏移：主頻向刺激頻率靠攏

跨頻段耦合：theta-gamma（30-80 Hz）相位-振幅耦合增強

在5 Hz tACS實驗中，刺激后theta頻段（5-7 Hz）功率在左頂葉（P3）增加51.7±59.04%，且與10 Hz alpha活動呈現(xiàn)負相關(guān)（r=-0.68，p<0.01）

前顳葉腦區(qū)靶向與電流分布

電極布局和電流分布決定了刺激的腦區(qū)選擇性：

1.前額-顳葉靶向

電極位置：雙側(cè)F7-T7和F8-T8覆蓋前額葉下回、眶回及顳極，這些區(qū)域與睡眠啟動和情緒調(diào)節(jié)密切相關(guān)；

電流密度峰值：有限元模型顯示，電流在眶額皮層和顳葉前部的密度最高，可能通過調(diào)節(jié)邊緣系統(tǒng)增強睡眠傾向。

2.刺激參數(shù)的影響

頻率特異性：0.75 Hz的慢振蕩刺激（SW-tACS）可特異性增強慢波睡眠的SWA，而5 Hz的theta刺激更易提升睡眠初期的theta功率；

極性效應(yīng)：陽極刺激比陰極刺激更易誘導(dǎo)皮層興奮性變化。

導(dǎo)聯(lián)示意圖與電流密度分布有限元建模

HUIYING

臨床研究驗證

清醒期EEG調(diào)控的對照實驗

一項單盲交叉研究納入25名健康受試者，對比5 Hz tACS與偽刺激的效果：

實驗設(shè)計（KSS：卡羅林斯卡嗜睡量表）

1.客觀腦電變化與主觀感受分離

5 Hz tACS可特異性增強后部腦區(qū)的theta活動（P3、Pz、T8）和中央前部的alpha活動（C4、F4），但主觀嗜睡感（KSS評分）未顯著高于偽刺激組。這一現(xiàn)象表明，tACS對皮層振蕩的調(diào)控作用可能獨立于意識層面的睡眠感知。

腦電圖功率變化與主觀嗜睡感的相關(guān)系數(shù)地形圖

2.環(huán)境因素干擾主觀評估

實驗設(shè)計中閉眼靜坐的環(huán)境本身可能誘發(fā)嗜睡感（如“午餐后困倦效應(yīng)”），導(dǎo)致真實刺激與偽刺激組的KSS評分均上升。因此，未來研究需結(jié)合行為任務(wù)（如警覺性測試）以更精準(zhǔn)評估主觀睡眠傾向。

3.個體響應(yīng)差異的神經(jīng)基礎(chǔ)

僅28%的受試者（7/25）在tACS后出現(xiàn)顯著theta功率變化。EEG基線分析顯示，響應(yīng)者的左顳頂區(qū)alpha功率較高，提示皮層靜息態(tài)同步化水平可能是預(yù)測tACS療效的生物標(biāo)志物。

θ-tACS 和假刺激條件下，基線和刺激后 EEG 頻譜功率的地形分布

睡眠結(jié)構(gòu)的長時程調(diào)控研究

后續(xù)研究要求受試者在刺激后小睡，發(fā)現(xiàn)：

1.響應(yīng)者亞組特征

SWA增幅顯著：響應(yīng)者的慢波活動在睡眠初期提升15%-30%，且增幅隨睡眠進程遞減；

時間依賴性效應(yīng)：SWA變化在入睡后20分鐘內(nèi)最顯著，與睡眠壓力釋放的生理規(guī)律一致。

2.非響應(yīng)者潛在因素

基線alpha活動：非響應(yīng)者的枕葉alpha功率較低，可能反映皮層興奮性基線差異；

年齡相關(guān)性：老年受試者對0.75 Hz刺激的響應(yīng)較弱，可能與皮層萎縮和慢波生成能力下降有關(guān)。

總結(jié)性結(jié)論：

現(xiàn)有研究證實，5 Hz前顳葉tACS可通過調(diào)節(jié)丘腦-皮層-海馬網(wǎng)絡(luò)增強睡眠壓力，在調(diào)控清醒期腦電活動和增強慢波睡眠方面具有明確療效，但其效果受個體神經(jīng)基線狀態(tài)和年齡因素顯著影響。未來需通過多模態(tài)評估（EEG+行為指標(biāo)）優(yōu)化療效判定標(biāo)準(zhǔn)，并開發(fā)個體化刺激方案以克服響應(yīng)率限制。

HUIYING

治療方案的實施參數(shù)

刺激參數(shù)

Montage刺激位點

安全性評估

在三項臨床研究中：

急性反應(yīng)：100%受試者報告短暫皮膚刺痛（持續(xù)28.3±6.5秒）

長期影響：1個月隨訪未發(fā)現(xiàn)認知功能下降（MoCA評分變化0.3±1.1）

禁忌證：顱內(nèi)金屬植入、癲癇病史、皮膚破損

HUIYING

回映產(chǎn)品

1.可穿戴閉環(huán)睡眠設(shè)備

個性化可穿戴閉環(huán)睡眠設(shè)備首先對EEG腦電信號 進行實時采集,并對EEG進行PSD功率圖譜轉(zhuǎn)換獲取到腦電節(jié)律Theta波(4-8Hz)以及Alpha波(8-13Hz)最高功率 所對 應(yīng)的頻率,然后基于此頻率作為個性化tACS經(jīng)顱交流電刺激 的刺激頻率進行恒流源輸出進而實現(xiàn)個性化閉環(huán)睡眠治療?

基本參數(shù)

采集系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)

采樣率：最高16KHZ；

共模抑制比：≥100dB；

噪聲：≤5uV；

輸入阻抗：≥1000MΩ；

腦電EEG：單通道，2~100uV。

刺激系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)

刺激模式：tDCS/tACS/tPCS/tRNS四種模式靈活可調(diào)，tDCS經(jīng)顱直流電刺激，

tACS經(jīng)顱交流電刺激，tPCS經(jīng)顱脈沖電刺激，tRNS經(jīng)顱白噪聲電刺激；

刺激強度：-2mA~2mA連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差<=±10%；

刺激時間：0~60min可調(diào)；

刺激頻率：針對于tPCS/tACS模式，1Hz～99Hz范圍內(nèi)可調(diào)，頻率步進為1Hz，輸出頻率誤差<=±5%；

淡入淡出時間：0~120s可調(diào)，確保刺激的安全性；

脫落檢測：通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性

2.便攜式經(jīng)顱交流電刺激睡眠儀

便攜式經(jīng)顱交流電刺激睡眠儀交替輸出兩個特定頻率(基于特定的腦電節(jié)律Theta波(48Hz)以及Alpha波(8-13Hz)確定)的tACS經(jīng)顱交 流電刺激波形實行對睡眠障礙的干預(yù)治療?

基本參數(shù)

刺激模式:tDCS/tACS/tPCS/tRNS四種模式靈活 可調(diào),tDCS經(jīng)顱直流電刺激,tACS經(jīng)顱交流電刺激, tPCS經(jīng)顱脈沖電刺激,tRNS經(jīng)顱白噪聲電刺激;

刺激強度:-2mA~2mA連續(xù)可調(diào),調(diào)節(jié)分辨率0.01mA,輸出電流誤差<=±10%;

刺激時間:0~60min可調(diào);

刺激頻率:針對于tPCS/tACS模式,1Hz ~99Hz范圍內(nèi)可調(diào),頻率步進為1Hz,輸出頻率誤差<=±5%;

淡入淡出時間:0~120s可調(diào),確保刺激的安全性;

脫落檢測:通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態(tài) 確保刺激有效性?

參考文獻

1.Bilateral 5 Hz transcranial alternating current stimulation on fronto-temporal areas modulates resting-state EEG

2.The Efficacy of Transcranial Current StimulationTechniques to Modulate Resting-State EEG, to AffectVigilance and to Promote Sleepiness

3.Bilateral Theta Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) Modulates EEG Activity: When tACS Works Awake It Also Works Asleep