警覺性下降的神經生理基礎

警覺性的核心成分

警覺性并非單一能力，而是包含兩種可分離的神經機制：覺醒警覺和執(zhí)行警覺。

覺醒警覺：主要用于單調、低認知需求的任務（如心理運動警覺任務，PVT），要求個體快速響應隨機出現的簡單目標（如紅色圓點）。其神經基礎涉及右前扣帶皮層、右側背外側前額葉皮層（DLPFC）和右頂下葉組成的網絡。

執(zhí)行警覺：用于需要抑制控制的高認知需求任務（如持續(xù)注意反應任務，SART），要求個體在頻繁響應中抑制對特定目標的反應（如數字“3”）。其依賴于DLPFC和前額頂葉網絡的高級控制功能。

大腦注意網絡：A警報子系統(tǒng)、B定向子系統(tǒng)、C執(zhí)行控制子系統(tǒng)

時間與晝夜節(jié)律的影響

時間效應：長時間任務（如持續(xù)20分鐘以上的PVT或SART）會導致警覺性下降，表現為反應時延長或錯誤率升高。這種“警覺性遞減”與右前額頂葉網絡活動減弱及theta（4-7 Hz）、alpha（8-12 Hz）振蕩幅度降低相關。

晝夜節(jié)律與個體差異：

晝夜節(jié)律類型（Chronotype）分為早晨型、中間型和夜晚型。夜晚型個體在早晨（非最佳時間）的覺醒水平較低，導致警覺任務表現顯著下降。

前額葉皮層的興奮性受晝夜節(jié)律調節(jié)。當個體處于非最佳喚醒狀態(tài)時（如夜晚型在早晨），DLPFC的神經活動效率降低，加劇警覺性遞減。

晝夜節(jié)律

HUIYING

經顱交流電刺激（tACS）如何提升警覺性

tACS的作用原理

tACS通過頭皮電極施加特定頻率的交流電，與大腦內源性振蕩同步（“夾帶效應”），增強目標腦區(qū)的功能連接。

tACS電極布置與電場模擬

刺激靶區(qū)：右側DLPFC（電極位置F4），因其在警覺網絡中起核心作用；Fp1前額葉。

頻率選擇：

α-tACS（10 Hz）：增強前額頂葉網絡的alpha振蕩，促進長程同步，抑制無關信息（如SART中的非目標數字）。

θ-tACS（6 Hz）：調節(jié)局部theta振蕩，提升覺醒警覺的反應速度。

個體化效果差異

刺激效果高度依賴個體的基線喚醒水平：

非最佳喚醒狀態(tài)（如夜晚型在早晨）：tACS顯著改善警覺性，因皮層興奮性低于最優(yōu)水平，刺激可將其提升至“倒U型曲線”的峰值。

最佳喚醒狀態(tài)（如中間型在白天）：tACS無顯著效果，因皮層已處于高效狀態(tài)。

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臨床研究驗證

研究方法

參與者分組：

實驗1：中間型（n=73）在白天（最佳時間）執(zhí)行任務。

實驗2：夜晚型（n=29）在早晨（非最佳時間）執(zhí)行任務。

刺激條件：

α - tACS（10 Hz）、θ - tACS（6 Hz）、Sham（偽刺激），電流強度1.5 mA，持續(xù)25分鐘。

任務：

PVT（覺醒警覺）：快速點擊隨機出現的紅色圓點。

SART（執(zhí)行警覺）：抑制對數字“3”的響應。

研究結果

覺醒警覺（PVT）：

夜晚型：Alpha和Theta-tACS均縮短反應時（vs. Sham），但兩者無差異。

中間型：無顯著改善。

執(zhí)行警覺（SART）：

夜晚型：僅Alpha-tACS提高抑制準確性，并減緩時間相關的表現下降。

Theta-tACS無效：可能因theta振蕩在低喚醒狀態(tài)下難以維持工作記憶。

實驗1 和實驗 2 的結果

實驗1：任務進行中，PVT和SART任務表現均下降，但刺激條件對任務表現無顯著影響。

實驗2：刺激條件對任務表現有顯著影響。PVT任務中，假刺激組RTs比α - tACS和θ - tACS組慢；SART任務中，α - tACS組準確率高于假刺激組，RTs更慢，θ - tACS組與假刺激組無差異。此外，α - tACS組任務表現隨時間下降幅度小于θ - tACS組和假刺激組。

研究結論

tACS對警覺性的影響：θ和α - tACS能提升喚醒警覺性，α - tACS還能改善執(zhí)行警覺性任務的準確率并減弱警覺性隨時間的下降，但這些效果僅在喚醒基線較低（夜晚型參與者在非最佳時間測試）時出現。

個體差異的重要性：研究結果支持警覺性的多成分觀點，強調考慮個體喚醒基線差異的重要性，以及α振蕩在補償任務時間相關表現下降中的作用。未來研究可借助EEG和NIBS協(xié)議，進一步探究低喚醒條件下執(zhí)行警覺任務時α振蕩與大腦其他部分的溝通機制。

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治療方案的具體參數

Montage刺激位點：

刺激方案：

適用人群與時機

最佳候選者：夜晚型個體在非最佳時間（如早晨）執(zhí)行高警覺需求任務時。

禁忌：癲癇病史或頭皮損傷者需謹慎。

總結

經顱交流電刺激（tACS）通過調節(jié)前額葉振蕩，為改善警覺性提供了新途徑。其效果取決于個體晝夜節(jié)律與任務類型：Alpha-tACS對執(zhí)行警覺更具優(yōu)勢，而Theta-tACS更適合覺醒警覺。未來研究需結合EEG監(jiān)測，進一步優(yōu)化個性化參數。

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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)和增加電極數量,顯著提升刺激的聚焦性和精準性。

HD-otDCS 模式：疊加振蕩電流于直流偏置，同步調節(jié)神經元興奮性與節(jié)律性活動，高密度電極提升空間精度，頻率特異性與個體化參數優(yōu)化共振效應。

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。

調幅經顱交流電刺激模式（Amplitude-Modulated Transcranial Alternating Current Stimulation）：通過載波頻率（Carrier Frequency）與調幅頻率（AM Frequency）的協(xié)同作用，實現對目標腦區(qū)特定低頻神經振蕩（如Delta、Theta、Alpha波）的節(jié)律性夾帶（Entrainment），并精準調控跨頻耦合（Cross-Frequency Coupling, CFC）機制（如Theta-Gamma相位-振幅耦合），以優(yōu)化神經網絡的同步性與功能連接。

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。認知增強、工作記憶優(yōu)化及精神分裂癥、抑郁癥等神經精神疾病的網絡同步性調節(jié)。

回映自研type-C轉生物電極示意圖

基本參數

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。

震蕩經顱直流電刺激(otDCS)：改善認知功能、增強聯想記憶，逆轉輕度認知障礙患者的情景記憶衰退等

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

調幅經顱交流電刺激模式（Amplitude-Modulated Transcranial Alternating Current Stimulation）：通過載波頻率（Carrier Frequency）與調幅頻率（AM Frequency）的協(xié)同作用，實現對目標腦區(qū)特定低頻神經振蕩（如Delta、Theta、Alpha波）的節(jié)律性夾帶（Entrainment），并精準調控跨頻耦合（Cross-Frequency Coupling, CFC）機制（如Theta-Gamma相位-振幅耦合），以優(yōu)化神經網絡的同步性與功能連接。

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。認知增強、工作記憶優(yōu)化及精神分裂癥、抑郁癥等神經精神疾病的網絡同步性調節(jié)。

回映便攜式tES設備示意圖

基本參數

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