中科院自动化所成果：可穿戴rTMS设备改写脑科学研究格局，中科院自动化所研发全球首款可穿戴rTMS设备，开启神经调控新时代

本文聚焦于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的科研成果，介绍了全球首款电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备（rTMS）的研发情况，阐述了脑机接口技术相关概念及无创神经调控的难题，还提及该设备的特点、优势和未来应用前景。

在3月25日，记者从中国科学院自动化研究所了解到一则振奋人心的消息。该所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室近期成功研发出了全球首款以电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备（rTMS）。而且，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、中国科学院自动化研究所副研究员戚自辉对这台设备进行了详细介绍。他表示，这台看似小巧的设备，重量还不到3公斤，但其性能却能与商用大型设备相媲美。这一特点为rTMS技术在家庭、社区以及自由行动等全场景中的应用带来了全新的可能。

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谈到脑机接口技术时说道：“脑机接口技术的核心是在大脑与机器之间建立起紧密的联系，从而实现脑与外部设备的信息交换。按照信息流的方向，它可以分为‘脑控’和‘控脑’这两类。”

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）

蒋田仔进一步解释，“脑控”主要实现的是将脑信号解码并转换为外部设备能够识别的信息；而“控脑”，也就是神经调控，它借助电、磁、声、光、热等多种手段，把物理能量注入大脑，以此来干预神经元的活动，达成机器到脑的信息交换。和药物治疗相比，物理神经调控技术具有副作用小、靶向性好的显著优势，是临床脑疾病治疗的有力武器。就像以深部脑刺激（DBS）为代表的有创神经调控技术，已经在帕金森病等疾病的治疗领域取得了一定的进展。

不过，在无创神经调控方面，情况就没那么乐观了。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罩，将脑组织严密地保护起来。这就导致精确、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啃的“硬骨头”。

戚自辉介绍说，早在1985年，英国谢菲尔德大学教授安东尼·巴克尔等人就发明了经颅磁刺激技术（TMS）。这项技术巧妙地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”。

“传统的rTMS设备存在一个很大的问题，它的脉冲发放频率非常高，这就需要配套庞大的电源和散热设施，导致设备重达数十公斤。如此笨重的设备，极大地限制了它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，一直是困扰该领域的技术难题。”戚自辉说道。

令人欣喜的是，研究团队通过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的重大突破，成功地将设备的功耗和重量降低至进口商用设备的10%，并且其刺激强度与现有传统商业TMS设备相近。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设备有望与脑电、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，进一步优化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。

蒋田仔对这一成果给予了高度评价，他说：“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全新的工具。可以预见，这项技术将会在脑健康和脑机接口领域发挥重要作用。”

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全球首款电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备（rTMS），介绍了脑机接口技术“脑控”和“控脑”概念及无创神经调控难题，阐述了该设备在解决传统rTMS设备弊端上的突破，以及未来应用前景，此成果在神经精神疾病治疗和脑科学研究领域意义重大。