更多內(nèi)容關(guān)注微信公眾號(hào):《回映電子》

數(shù)學(xué)能力的核心依賴于大腦多個(gè)區(qū)域的協(xié)同工作。通過(guò)功能性磁共振成像（fMRI）和腦刺激技術(shù)的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)頂葉皮層（尤其是雙側(cè)頂內(nèi)溝（IPS）和角回（AG））是數(shù)字處理的核心區(qū)域。例如，當(dāng)人們進(jìn)行數(shù)值比較（如判斷8和9哪個(gè)更大）時(shí)，頂內(nèi)溝的活動(dòng)強(qiáng)度與數(shù)值差異成反比，這種現(xiàn)象被稱為“距離效應(yīng)”。

數(shù)字認(rèn)知的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)

左側(cè)頂葉皮層在復(fù)雜算術(shù)（如減法）中起關(guān)鍵作用。當(dāng)解決需要分解步驟的雙位數(shù)減法（例如53-17）時(shí)，左側(cè)頂葉的活動(dòng)顯著增強(qiáng)，而右側(cè)頂葉則更多參與符號(hào)與數(shù)量關(guān)系的初步學(xué)習(xí)。此外，角回與算術(shù)事實(shí)的提?。ㄈ绯朔ū碛洃洠┟芮邢嚓P(guān)，其活動(dòng)在重復(fù)練習(xí)后逐漸增強(qiáng)。

前額葉皮層（尤其是右側(cè)前額葉）則負(fù)責(zé)工作記憶和執(zhí)行控制。例如，在解決需要多步驟的算術(shù)問(wèn)題時(shí)，前額葉與頂葉形成功能網(wǎng)絡(luò)，共同協(xié)調(diào)計(jì)算過(guò)程。這些發(fā)現(xiàn)表明，數(shù)學(xué)能力并非單一腦區(qū)的作用，而是分布式網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)協(xié)作結(jié)果。

參與數(shù)學(xué)技能發(fā)展的神經(jīng)認(rèn)知系統(tǒng)示意圖

大腦區(qū)域在算術(shù)過(guò)程中被激活

HUIYING

tDCS增強(qiáng)數(shù)學(xué)能力的機(jī)制

tDCS通過(guò)微弱電流調(diào)節(jié)大腦皮層的興奮性，其原理基于陽(yáng)極刺激增強(qiáng)神經(jīng)元活動(dòng)，陰極刺激抑制神經(jīng)元活動(dòng)。具體機(jī)制如下：

1.陽(yáng)極刺激的增強(qiáng)作用

當(dāng)陽(yáng)極電極置于左側(cè)頂葉皮層（如P3或CP5位置）時(shí)，電流會(huì)提高該區(qū)域神經(jīng)元的放電頻率。例如，Hauser等人發(fā)現(xiàn)，左側(cè)頂葉陽(yáng)極刺激顯著提升了受試者在數(shù)值比較和減法任務(wù)中的準(zhǔn)確率。這種增強(qiáng)效應(yīng)可能源于頂葉皮層對(duì)數(shù)量表征和工作記憶的優(yōu)化。

2.陰極刺激的抑制效應(yīng)

陰極刺激通常用于抑制競(jìng)爭(zhēng)性腦區(qū)的活動(dòng)。例如，在符號(hào)學(xué)習(xí)任務(wù)中，右側(cè)頂葉陰極刺激可減少左半球?qū)Ψ?hào)-數(shù)量映射的干擾，從而促進(jìn)新符號(hào)的快速掌握。不過(guò)，陰極刺激的效果較復(fù)雜，可能因任務(wù)類型而異。

3.任務(wù)特異性與腦區(qū)選擇

刺激位置與任務(wù)需求的匹配：

左側(cè)頂葉陽(yáng)極刺激：適用于需要增強(qiáng)神經(jīng)興奮性的任務(wù)，如程序性計(jì)算的復(fù)雜任務(wù)（如減法）。

右側(cè)頂葉陽(yáng)極刺激：適用于抑制干擾性腦區(qū)活動(dòng)。在符號(hào)學(xué)習(xí)任務(wù)中，右側(cè)頂葉陰極刺激可減少左半球?qū)Ψ?hào)-數(shù)量映射的競(jìng)爭(zhēng)性干擾，使新符號(hào)的自動(dòng)處理速度提升15%。

雙側(cè)頂葉刺激：在部分研究中未顯示優(yōu)勢(shì)，可能因半球間抑制效應(yīng)抵消了增益。

參與算術(shù)的后頂葉皮層區(qū)域的雙側(cè)神經(jīng)解剖學(xué)

具體電極位置

左側(cè)頂葉（P3/CP5）：對(duì)減法、復(fù)雜算術(shù)任務(wù)效果最顯著。

右側(cè)頂葉（P4）：更適合基礎(chǔ)數(shù)值比較任務(wù)（如數(shù)值大小判斷），準(zhǔn)確率提升5.2%。

前額葉（F3/F4）：在需工作記憶參與的算術(shù)任務(wù)（如多步驟乘法）中，左前額葉陽(yáng)極刺激可使計(jì)算效率提升10%。

4.神經(jīng)可塑性的長(zhǎng)期影響

重復(fù)的tDCS結(jié)合認(rèn)知訓(xùn)練可誘導(dǎo)長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP），即神經(jīng)元連接的持久性強(qiáng)化。例如，Cohen Kadosh等人發(fā)現(xiàn)，連續(xù)5天的刺激可顯著提升符號(hào)自動(dòng)處理能力，且效果持續(xù)數(shù)月。

HUIYING

臨床研究驗(yàn)證

1.針對(duì)復(fù)雜算術(shù)的左側(cè)頂葉刺激

Hauser等人在兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了不同刺激方案：

實(shí)驗(yàn)1：左側(cè)頂葉陽(yáng)極刺激使減法任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間縮短8%，準(zhǔn)確率提升2.3%。

實(shí)驗(yàn)2：右側(cè)頂葉刺激未顯示顯著效果，進(jìn)一步支持左側(cè)頂葉在程序性計(jì)算中的主導(dǎo)地位。

數(shù)值比較和復(fù)雜減法任務(wù)

左）數(shù)值比較任務(wù)準(zhǔn)確率改善情況；右）復(fù)雜減法反應(yīng)時(shí)間改善情況

2.符號(hào)學(xué)習(xí)的右側(cè)頂葉刺激

Cohen Kadosh團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一項(xiàng)符號(hào)-數(shù)字映射任務(wù)。受試者在接受右側(cè)頂葉陽(yáng)極+左側(cè)頂葉陰極刺激后，其在線段映射任務(wù)中的表現(xiàn)顯著優(yōu)于假刺激組（準(zhǔn)確率提升12%）。這一方案尤其適用于發(fā)展性計(jì)算障礙（DD）患者的早期干預(yù)。

刺激位置及大腦表面電場(chǎng)示意圖

符號(hào)與數(shù)字映射

RA-LC 組的表現(xiàn)明顯優(yōu)于假刺激組

3.聯(lián)合fMRI的精準(zhǔn)定位

Hauser等人通過(guò)同步tDCS-fMRI發(fā)現(xiàn)，刺激可特異性調(diào)節(jié)任務(wù)相關(guān)腦區(qū)的活動(dòng)。例如，右側(cè)前額葉陰極刺激減少了該區(qū)域在復(fù)雜減法中的負(fù)激活，表明電流直接影響了任務(wù)相關(guān)的神經(jīng)資源分配。

4.個(gè)體差異與精準(zhǔn)干預(yù)

基線能力的影響

低績(jī)效者獲益更大：在算術(shù)事實(shí)提取任務(wù)中，基線準(zhǔn)確率低于60%的個(gè)體接受tDCS后提升18%，而高績(jī)效者僅提升3%。

數(shù)學(xué)焦慮的調(diào)節(jié)作用：高焦慮者對(duì)前額葉陰極刺激更敏感，算術(shù)決策速度提升14%，而低焦慮者可能出現(xiàn)輕微抑制。

功能偏側(cè)化的調(diào)控

左頂葉優(yōu)勢(shì)個(gè)體：Kasahara等人通過(guò)fMRI篩選左頂葉優(yōu)勢(shì)者，施加左陽(yáng)極/右陰極刺激后，減法速度提升11%。

雙側(cè)激活個(gè)體：需采用雙側(cè)交替刺激（如第1天左頂葉陽(yáng)極，第2天右頂葉陽(yáng)極）以均衡效應(yīng)。

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治療方案的關(guān)鍵參數(shù)

1.電極位置

2.刺激方案

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回映產(chǎn)品

1.便攜式HD-tES

回映便攜式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)創(chuàng)新地采用type-C轉(zhuǎn)生物電極的設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品能夠非常便捷地被使用?；赜潮銛y式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)通過(guò)多電極配置(1個(gè)中心電極和4個(gè)返回電極)實(shí)現(xiàn)高精度電流聚焦,精準(zhǔn)刺激目標(biāo)腦區(qū)。其核心優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)縮小電極尺寸(直徑12mm的環(huán)形電極)和增加電極數(shù)量,顯著提升刺激的聚焦性和精準(zhǔn)性。

HD-tDCS模式：調(diào)節(jié)皮層興奮性,適用于中風(fēng)康復(fù)、抑郁癥干預(yù)等。

HD-tACS模式：精準(zhǔn)鎖定腦電頻段(如β-γ頻段改善強(qiáng)迫癥,4Hz增強(qiáng)工作記憶)適配認(rèn)知障礙治療等。

HD-tRNS模式：HD-tRNS 對(duì)顯式和隱式計(jì)時(shí)任務(wù)的影響不同,用于研究大腦的計(jì)時(shí)機(jī)制和時(shí)間處理能力等。
適用范圍:神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療，意識(shí)障礙和認(rèn)知功能調(diào)節(jié)，康復(fù)治療，運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能恢復(fù)。

回映便攜式HD-TES設(shè)備示意圖

回映自研type-C轉(zhuǎn)生物電極示意圖

基本參數(shù)

刺激強(qiáng)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(shí)間：0~60min 可調(diào)；

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

淡入淡出時(shí)間：0~120s 可調(diào)，確保刺激的安全性；

脫落檢測(cè)：通過(guò)實(shí)時(shí)阻抗檢測(cè)分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性；

相位同步：<=±2.5us; <=0.09°；

2.手持式tES

經(jīng)顱電刺激調(diào)控設(shè)備采用低強(qiáng)度的電流（±2mA以內(nèi))對(duì)大腦皮層的靶區(qū)域進(jìn)行刺激，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)大腦皮層神經(jīng)元興奮性、調(diào)節(jié)腦電波節(jié)律、促進(jìn)神經(jīng)重塑和修復(fù)、改善腦部供血等。

經(jīng)顱直流電刺激(tDCS)：治療精神分裂癥、抑郁癥、物質(zhì)成癮、阿爾茨海默病、腦卒中后的運(yùn)動(dòng)功能障礙、語(yǔ)言障礙、認(rèn)知障礙等

經(jīng)顱交流電刺激(tACS )：治療視功能障礙、認(rèn)知障礙,提高學(xué)習(xí)能力、工作記憶等

經(jīng)顱脈沖電刺激(tPCS)：增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)技能,緩解疲勞,促進(jìn)知覺(jué)學(xué)習(xí)任務(wù)、算術(shù)任務(wù)，調(diào)節(jié)注意力切換任務(wù)的準(zhǔn)確性,改善帕金森病患者的步態(tài)平衡等

經(jīng)顱隨機(jī)噪聲刺激(tRNS)：治療耳鳴,提高工作記憶、認(rèn)知能力等

適應(yīng)癥：焦慮、抑郁、失眠、癲癇、強(qiáng)迫癥、注意缺陷多動(dòng)障礙、鞏固記憶、運(yùn)動(dòng)控制等。

回映便攜式tES設(shè)備示意圖

基本參數(shù)

刺激強(qiáng)度：10mA~30mA 連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差<=±10%

刺激頻率:1Hz~99Hz 范圍內(nèi)可調(diào)，頻率步進(jìn)為 1Hz，輸出頻率誤差 <=±5%

載波頻率:2KHz~100KHz 范圍內(nèi)可調(diào)，頻率步進(jìn)為 1KHz，輸出頻率誤差 <=±1%

刺激時(shí)間：0~60min可調(diào)

淡入淡出時(shí)間：0~120s 可調(diào)，確保刺激的安全性

脫落檢測(cè):通過(guò)實(shí)時(shí)阻抗檢測(cè)分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性

HUIYING

回映產(chǎn)品

1.便攜式HD-tES

回映便攜式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)創(chuàng)新地采用type-C轉(zhuǎn)生物電極的設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品能夠非常便捷地被使用?；赜潮銛y式高精度經(jīng)顱電刺激儀(HD-tES)通過(guò)多電極配置(1個(gè)中心電極和4個(gè)返回電極)實(shí)現(xiàn)高精度電流聚焦,精準(zhǔn)刺激目標(biāo)腦區(qū)。其核心優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)縮小電極尺寸(直徑12mm的環(huán)形電極)和增加電極數(shù)量,顯著提升刺激的聚焦性和精準(zhǔn)性。

HD-tDCS模式：調(diào)節(jié)皮層興奮性,適用于中風(fēng)康復(fù)、抑郁癥干預(yù)等。

HD-tACS模式：精準(zhǔn)鎖定腦電頻段(如β-γ頻段改善強(qiáng)迫癥,4Hz增強(qiáng)工作記憶)適配認(rèn)知障礙治療等。

HD-tRNS模式：HD-tRNS 對(duì)顯式和隱式計(jì)時(shí)任務(wù)的影響不同,用于研究大腦的計(jì)時(shí)機(jī)制和時(shí)間處理能力等。
適用范圍:神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療，意識(shí)障礙和認(rèn)知功能調(diào)節(jié)，康復(fù)治療，運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能恢復(fù)。

回映便攜式HD-TES設(shè)備示意圖

回映自研type-C轉(zhuǎn)生物電極示意圖

參考文獻(xiàn)

1.Enhancing performance in numerical magnitude processing and mental arithmetic using transcranial Direct Current Stimulation (tDCS)

2.A single tDCS session can enhance numerical competence

3.Neurocognitive effects of transcranial direct current stimulation in arithmetic learning and performance: a simultaneous tDCS-fMRI study

4.Understanding the Effects of Transcranial Electrical Stimulation in Numerical Cognition: A Systematic Review for Clinical Translation