中国科学院自动化研究所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室成功研发出全球首款电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备（rTMS）的相关情况，包括设备特点、脑机接口技术分类、传统rTMS设备局限以及该设备的研发突破和应用前景等。
3月25日，记者从中国科学院自动化研究所了解到，该所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室近期取得了一项重大科研成果。他们成功研发出全球首款采用电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备（rTMS），相关的研究成果已经在国际知名学术期刊《自然·通讯》上发表。
论文的共同第一作者之一、中国科学院自动化研究所副研究员戚自辉介绍说，这台新研发的设备别看它重量小于3公斤，十分轻便，但在性能方面却丝毫不逊色于商用大型设备。这一特性为rTMS技术在家庭、社区等各种场景，甚至是人们自由行动过程中的全场景应用提供了全新的可能。
中国科学院自动化研究所研究员、脑网络组与脑机接口北京市重点实验室主任蒋田仔对脑机接口技术进行了解释。他表示：“脑机接口技术的核心是将大脑与机器建立起联系，从而实现大脑与外部设备之间的信息交换。按照信息流的方向来划分，脑机接口技术可以分为‘脑控’和‘控脑’两类。”
图为中国科学院自动化研究所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室研发的电池供电可穿戴重复经颅磁刺激设备（rTMS）。（中国科学院自动化研究所供图）
蒋田仔进一步介绍，“脑控”是将脑信号进行解码，然后转换为外部设备能够识别的信息，从而实现大脑对外部设备的控制。而“控脑”也被称为神经调控，它是通过电、磁、声、光、热等多种手段，将物理能量写入大脑，以此来干预神经元的活动，实现从机器到大脑的信息交换。和药物治疗相比，物理神经调控技术具有副作用小、靶向性好等优点，因此成为了临床脑疾病治疗的有力武器。像深部脑刺激（DBS）这种有创神经调控技术，已经在治疗帕金森病等领域取得了一定的进展。
然而，在无创神经调控领域，面临着一个巨大的难题。由于人类在进化过程中形成了头皮、颅骨、脑脊液、脑膜等多层颅脑结构，这些结构就像一层又一层的保护壳，将脑组织层层包裹起来。这使得精确、有效的无创神经调控变得异常困难，成为了神经调控领域中一块难以攻克的“硬骨头”。
戚自辉介绍，1985年，英国谢菲尔德大学教授安东尼·巴克尔等人发明了经颅磁刺激技术（TMS）。这项技术利用时变磁场在脑内产生感应电流，从而实现对神经元的非侵入性调控，能够直接激活神经元产生动作电位。作为一种阈上的无创神经调控手段，TMS与磁共振成像、正电子发射成像、脑磁图并称为“脑科学四大技术”。
戚自辉指出：“传统的rTMS设备存在很大的局限性。它的脉冲发放频率很高，为了保证设备的正常运行，需要配套庞大的电源和散热设施，这使得设备的重量达到了数十公斤。如此笨重的设备极大地限制了其在临床和科研中的应用。所以，如何将rTMS设备小型化，甚至实现可穿戴，一直是该领域亟待解决的技术难题。”
戚自辉表示，研究团队通过不断努力，在轻量级磁芯线圈设计和高功率密度高压脉冲驱动技术方面取得了关键突破。成功地将设备的功耗和重量降低至进口商用设备的10%，而且刺激强度和现有传统商业TMS设备接近。在试验过程中，该设备首次在自由行走过程中实现了rTMS神经调控，这一成果揭示了中枢神经系统和不同肢体肌肉活动之间的动态相互作用。
论文的另一位共同第一作者、中国科学院自动化研究所高级工程师刘浩表示，未来，可穿戴rTMS设备可以与脑电、近红外等非侵入式脑信号检测技术相结合。通过对脑信号进行实时解码，能够优化rTMS调控过程，形成可穿戴式闭环rTMS神经调控系统。这将提升现有rTMS的治疗稳定性，让闭环脑机接口从实验室走向真实场景的大规模应用成为可能。
蒋田仔评价说：“可穿戴rTMS设备的成功研发是神经精神疾病治疗领域的一项重大突破。它将为患者带来更加便捷、有效的治疗选择，同时也为脑科学研究提供了新的工具。这项技术未来将会在脑健康和脑机接口领域发挥重要的作用。”
本文介绍了中科院自动化所研发出全球首款电池供电可穿戴rTMS设备，阐述了脑机接口技术分类、传统rTMS设备局限，说明了该设备的研发突破及应用前景，其成功研发是神经精神疾病治疗的突破，为患者和脑科学研究带来积极影响。
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