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數(shù)學能力的核心依賴于大腦多個區(qū)域的協(xié)同工作。通過功能性磁共振成像（fMRI）和腦刺激技術的研究，科學家發(fā)現(xiàn)頂葉皮層（尤其是雙側頂內溝（IPS）和角回（AG））是數(shù)字處理的核心區(qū)域。例如，當人們進行數(shù)值比較（如判斷8和9哪個更大）時，頂內溝的活動強度與數(shù)值差異成反比，這種現(xiàn)象被稱為“距離效應”。

數(shù)字認知的神經生物學基礎

左側頂葉皮層在復雜算術（如減法）中起關鍵作用。當解決需要分解步驟的雙位數(shù)減法（例如53-17）時，左側頂葉的活動顯著增強，而右側頂葉則更多參與符號與數(shù)量關系的初步學習。此外，角回與算術事實的提?。ㄈ绯朔ū碛洃洠┟芮邢嚓P，其活動在重復練習后逐漸增強。

前額葉皮層（尤其是右側前額葉）則負責工作記憶和執(zhí)行控制。例如，在解決需要多步驟的算術問題時，前額葉與頂葉形成功能網絡，共同協(xié)調計算過程。這些發(fā)現(xiàn)表明，數(shù)學能力并非單一腦區(qū)的作用，而是分布式網絡的動態(tài)協(xié)作結果。

參與數(shù)學技能發(fā)展的神經認知系統(tǒng)示意圖

大腦區(qū)域在算術過程中被激活

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tDCS增強數(shù)學能力的機制

tDCS通過微弱電流調節(jié)大腦皮層的興奮性，其原理基于陽極刺激增強神經元活動，陰極刺激抑制神經元活動。具體機制如下：

1.陽極刺激的增強作用

當陽極電極置于左側頂葉皮層（如P3或CP5位置）時，電流會提高該區(qū)域神經元的放電頻率。例如，Hauser等人發(fā)現(xiàn)，左側頂葉陽極刺激顯著提升了受試者在數(shù)值比較和減法任務中的準確率。這種增強效應可能源于頂葉皮層對數(shù)量表征和工作記憶的優(yōu)化。

2.陰極刺激的抑制效應

陰極刺激通常用于抑制競爭性腦區(qū)的活動。例如，在符號學習任務中，右側頂葉陰極刺激可減少左半球對符號-數(shù)量映射的干擾，從而促進新符號的快速掌握。不過，陰極刺激的效果較復雜，可能因任務類型而異。

3.任務特異性與腦區(qū)選擇

刺激位置與任務需求的匹配：

左側頂葉陽極刺激：適用于需要增強神經興奮性的任務，如程序性計算的復雜任務（如減法）。

右側頂葉陽極刺激：適用于抑制干擾性腦區(qū)活動。在符號學習任務中，右側頂葉陰極刺激可減少左半球對符號-數(shù)量映射的競爭性干擾，使新符號的自動處理速度提升15%。

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

參與算術的后頂葉皮層區(qū)域的雙側神經解剖學

具體電極位置

左側頂葉（P3/CP5）：對減法、復雜算術任務效果最顯著。

右側頂葉（P4）：更適合基礎數(shù)值比較任務（如數(shù)值大小判斷），準確率提升5.2%。

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

4.神經可塑性的長期影響

重復的tDCS結合認知訓練可誘導長時程增強（LTP），即神經元連接的持久性強化。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自動處理能力，且效果持續(xù)數(shù)月。

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臨床研究驗證

1.針對復雜算術的左側頂葉刺激

Hauser等人在兩項實驗中測試了不同刺激方案：

實驗1：左側頂葉陽極刺激使減法任務的反應時間縮短8%，準確率提升2.3%。

實驗2：右側頂葉刺激未顯示顯著效果，進一步支持左側頂葉在程序性計算中的主導地位。

數(shù)值比較和復雜減法任務

左）數(shù)值比較任務準確率改善情況；右）復雜減法反應時間改善情況

2.符號學習的右側頂葉刺激

Cohen Kadosh團隊設計了一項符號-數(shù)字映射任務。受試者在接受右側頂葉陽極+左側頂葉陰極刺激后，其在線段映射任務中的表現(xiàn)顯著優(yōu)于假刺激組（準確率提升12%）。這一方案尤其適用于發(fā)展性計算障礙（DD）患者的早期干預。

刺激位置及大腦表面電場示意圖

符號與數(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的精準定位

Hauser等人通過同步tDCS-fMRI發(fā)現(xiàn)，刺激可特異性調節(jié)任務相關腦區(qū)的活動。例如，右側前額葉陰極刺激減少了該區(qū)域在復雜減法中的負激活，表明電流直接影響了任務相關的神經資源分配。

4.個體差異與精準干預

基線能力的影響

低績效者獲益更大：在算術事實提取任務中，基線準確率低于60%的個體接受tDCS后提升18%，而高績效者僅提升3%。

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

功能偏側化的調控

左頂葉優(yōu)勢個體：Kasahara等人通過fMRI篩選左頂葉優(yōu)勢者，施加左陽極/右陰極刺激后，減法速度提升11%。

雙側激活個體：需采用雙側交替刺激（如第1天左頂葉陽極，第2天右頂葉陽極）以均衡效應。

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治療方案的關鍵參數(shù)

1.電極位置

2.刺激方案

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回映產品

1.便攜式HD-tES

回映便攜式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)創(chuàng)新地采用type-C轉生物電極的設計使得產品能夠非常便捷地被使用。回映便攜式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)通過多電極配置(1個中心電極和4個返回電極)實現(xiàn)高精度電流聚焦,精準刺激目標腦區(qū)。其核心優(yōu)勢在于通過縮小電極尺寸(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性。

HD-tDCS模式：調節(jié)皮層興奮性,適用于中風康復、抑郁癥干預等。

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

HD-tRNS模式：HD-tRNS 對顯式和隱式計時任務的影響不同,用于研究大腦的計時機制和時間處理能力等。
適用范圍:神經系統(tǒng)疾病治療，意識障礙和認知功能調節(jié)，康復治療，運動和認知功能恢復。

回映便攜式HD-TES設備示意圖

回映自研type-C轉生物電極示意圖

基本參數(shù)

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

刺激時間：0~60min 可調；

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

淡入淡出時間：0~120s 可調，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；

相位同步：<=±2.5us; <=0.09°；

2.手持式tES

經顱電刺激調控設備采用低強度的電流（±2mA以內)對大腦皮層的靶區(qū)域進行刺激，進而達到調節(jié)大腦皮層神經元興奮性、調節(jié)腦電波節(jié)律、促進神經重塑和修復、改善腦部供血等。

經顱直流電刺激(tDCS)：治療精神分裂癥、抑郁癥、物質成癮、阿爾茨海默病、腦卒中后的運動功能障礙、語言障礙、認知障礙等

經顱交流電刺激(tACS )：治療視功能障礙、認知障礙,提高學習能力、工作記憶等

經顱脈沖電刺激(tPCS)：增強運動技能,緩解疲勞,促進知覺學習任務、算術任務，調節(jié)注意力切換任務的準確性,改善帕金森病患者的步態(tài)平衡等

經顱隨機噪聲刺激(tRNS)：治療耳鳴,提高工作記憶、認知能力等

適應癥：焦慮、抑郁、失眠、癲癇、強迫癥、注意缺陷多動障礙、鞏固記憶、運動控制等。

回映便攜式tES設備示意圖

基本參數(shù)

刺激強度：10mA~30mA 連續(xù)可調，調節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差<=±10%

刺激頻率:1Hz~99Hz 范圍內可調，頻率步進為 1Hz，輸出頻率誤差 <=±5%

載波頻率:2KHz~100KHz 范圍內可調，頻率步進為 1KHz，輸出頻率誤差 <=±1%

刺激時間：0~60min可調

淡入淡出時間：0~120s 可調，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

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1.便攜式HD-tES

回映便攜式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)創(chuàng)新地采用type-C轉生物電極的設計使得產品能夠非常便捷地被使用?；赜潮銛y式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)通過多電極配置(1個中心電極和4個返回電極)實現(xiàn)高精度電流聚焦,精準刺激目標腦區(qū)。其核心優(yōu)勢在于通過縮小電極尺寸(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性。

HD-tDCS模式：調節(jié)皮層興奮性,適用于中風康復、抑郁癥干預等。

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

HD-tRNS模式：HD-tRNS 對顯式和隱式計時任務的影響不同,用于研究大腦的計時機制和時間處理能力等。
適用范圍:神經系統(tǒng)疾病治療，意識障礙和認知功能調節(jié)，康復治療，運動和認知功能恢復。

回映便攜式HD-TES設備示意圖

回映自研type-C轉生物電極示意圖

參考文獻

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