【摘要】：經(jīng)顱直流電刺激是一種非侵入式腦刺激技術(shù),其利用微小的顱外恒定電流改變大腦神經(jīng)元活性。近年來,經(jīng)顱直流電刺激以無創(chuàng)、安全和經(jīng)濟的突出優(yōu)點,在腦損傷修復、神經(jīng)疾病治療、認知與情緒調(diào)控等領(lǐng)域得到了廣泛發(fā)展應(yīng)用。但如何實現(xiàn)大腦皮層定向刺激是經(jīng)顱直流電刺激研究必需解決的現(xiàn)實問題。本課題圍繞電流刺激的定向問題,分別從電刺激關(guān)鍵參數(shù)、神經(jīng)元興奮機制及定向優(yōu)化方法三方面開展研究,研究結(jié)論可為輔助制定合理的刺激方案及保障過程的安全性和有效提供支持。論文的主要工作如下:1)建立經(jīng)顱直流電刺激數(shù)值研究模型。實現(xiàn)頭顱數(shù)值計算模型的構(gòu)建,并通過腦電實驗驗證計算模型的正確性,為解決定向刺激的逆向優(yōu)化問題提供正向數(shù)值研究基礎(chǔ)。2)系統(tǒng)評價關(guān)鍵參數(shù)影響顱內(nèi)電場分布問題�；陔姶艌稣龁栴}的有限元計算方法,明確不同電極參數(shù)對腦區(qū)的聚焦性能、電流利用效率等指標的影響,為設(shè)計定向刺激方法提供關(guān)鍵參數(shù)的參考。3)為驗證經(jīng)顱直流電刺激生物效應(yīng)及關(guān)鍵參數(shù)的分析評價結(jié)果,分別從宏觀行為學任務(wù)表現(xiàn)能力和腦電節(jié)律頻率特性方面開展實驗研究,為明確經(jīng)顱直流電刺激的生物效應(yīng)和作用機制研究提供實驗基礎(chǔ)。4)研究經(jīng)顱直流電刺激與神經(jīng)元放電特性及敏感性的關(guān)系。利用神經(jīng)元數(shù)值計算模型,分析電流刺激調(diào)控神經(jīng)元發(fā)放特性的機制,可為經(jīng)顱電流刺激理論的深入研究提供基礎(chǔ)。5)為解決刺激電流的定向問題,結(jié)合臨床安全性和有效性的基本要求,建立逆問題研究的理論模型,并設(shè)計優(yōu)化約束條件,實現(xiàn)腦區(qū)定向高效刺激的目標。論文的主要結(jié)論包括:1)建立三維經(jīng)顱直流刺激關(guān)鍵參數(shù)評價模型,補充和完善經(jīng)顱直流電刺激系統(tǒng),為進一步開展應(yīng)用研究提供技術(shù)保障;2)基于關(guān)鍵參數(shù)的評價,開展多項實驗驗證研究,首次證實左背外側(cè)前額葉皮層的經(jīng)顱直流電刺激可提高復雜計算任務(wù)能力,并從計算神經(jīng)學角度初步揭示了電流刺激的作用機制;3)首次提出并實現(xiàn)九電極布局策略和電流刺激逆向優(yōu)化方法,有效解決經(jīng)顱直流電定向聚焦刺激問題,為臨床高效合理的制定刺激方案提供參考。
[Abstract]:Transcranial direct current stimulation (TDC) is a non-invasive brain stimulation technique, which changes the activity of brain neurons using small constant extracranial currents. In recent years, transcranial direct current (TDC) stimulation has been widely used in the fields of brain injury repair, nerve disease treatment, cognitive and emotional regulation and so on, with the outstanding advantages of non-invasive, safe and economical. But how to realize the directional stimulation of cerebral cortex is a practical problem that must be solved in the study of transcranial direct current electrical stimulation. In this paper, we focus on the orientation of electric stimulation from three aspects: the key parameters of electrical stimulation, the excitation mechanism of neurons and the orientation optimization method. The research results can provide support for establishing reasonable stimulus programs and ensuring the safety and effectiveness of the process. The main work of this paper is as follows: 1) the numerical model of transcranial direct current stimulation (TDC) is established. The construction of head numerical calculation model is realized, and the correctness of the model is verified by EEG experiment. In order to solve the inverse optimization problem of directional stimulation, it provides the basis of forward numerical research. 2) the key parameters are systematically evaluated to influence the distribution of intracranial electric field. Based on the finite element method for the forward problem of electromagnetic field, the effects of different electrode parameters on the focusing performance and current utilization efficiency of the brain region are determined. In order to verify the biological effects of transcranial direct current (TDC) stimulation and the results of analysis and evaluation of the key parameters, Experimental studies were carried out in terms of the performance of macro behavioral tasks and the frequency characteristics of EEG rhythms. In order to clarify the biological effect and mechanism of transcranial direct current stimulation (TDC), the relationship between transcranial direct current stimulation (TDC) and neuronal discharge characteristics and sensitivity was studied. Using the neuron numerical calculation model, the mechanism of current stimulation regulating neuronal release characteristics is analyzed, which can provide a basis for the further study of transcranial current stimulation theory. 5) to solve the problem of the orientation of stimulation current. According to the basic requirements of clinical safety and effectiveness, the theoretical model of inverse problem research is established, and the optimal constraint conditions are designed to achieve the goal of directional and efficient stimulation in brain region. The main conclusions are as follows: 1) to establish a three-dimensional evaluation model of the key parameters of transcranial direct current stimulation, complement and perfect the transcranial direct current stimulation system, and provide technical guarantee for further application research; 2) based on the evaluation of key parameters, a number of experimental validation studies were carried out to prove for the first time that transcranial direct current (TDC) stimulation in the left dorsolateral prefrontal cortex can improve the ability of complex computing tasks. From the point of view of computational neurology, the mechanism of current stimulation was preliminarily revealed. 3) for the first time, a nine-electrode layout strategy and an inverse optimization method for current stimulation were proposed and implemented to effectively solve the problem of transcranial direct current directed focusing stimulation, and to provide a reference for the effective and rational formulation of stimulation scheme in clinical practice.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R741

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Andrade D.M.;Zumsteg D.;Hamani C. ;R.A. Wennberg;高宗強;;采用丘腦深部電刺激治療癲癇患者的長期隨訪[J];世界核心醫(yī)學期刊文摘(神經(jīng)病學分冊);2006年10期

2 袁中興;;連續(xù)直流電刺激治療骨折不連接[J];浙江醫(yī)科大學學報;1982年S1期

3 謝慧勝;;國外電刺激治療動物骨折的新進展[J];國外畜牧科技;1989年02期

4 馮喟,何祥;電刺激與神經(jīng)康復[J];中國臨床康復;2004年31期

5 楊永紅;楊霖;;國內(nèi)電刺激治療腦卒中后吞咽障礙的研究狀況分析[J];中國組織工程研究與臨床康復;2010年35期

6 陳艷;劉詩;;腸電刺激對腸運動功能的作用[J];胃腸病學;2010年08期

7 湯押庚,施健行,肖光弟,毛冠群,王新生;持續(xù)直流電刺激輔助治療骨不連8例報告[J];徐州醫(yī)學院學報;1981年02期

8 孫燕群;電刺激治療骨不連的臨床觀察及機制[J];國外醫(yī)學(物理醫(yī)學與康復學分冊);1985年01期

9 Cussies PP ,錢秉君;分級電刺激對健康肌肉血流的影響[J];國外醫(yī)學(物理醫(yī)學與康復學分冊);1987年03期

10 王昆潤;電刺激對下頜骨折區(qū)血循環(huán)的影響[J];國外醫(yī)學(物理醫(yī)學與康復學分冊);1987年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張立亮;王遠玉;馬兆峰;紀芳;宋如啟;;電刺激治療在精神科臨床應(yīng)用方法探討[A];山東省心理衛(wèi)生協(xié)會第二屆學術(shù)研討會優(yōu)秀論文選編[C];2001年

2 嚴鳳玲;;盆底肌電刺激治療女性壓力性尿失禁療效觀察[A];繼往開來 與時俱進——2003年康復醫(yī)學發(fā)展論壇暨慶祝中國康復醫(yī)學會成立20周年學術(shù)大會論文集[C];2003年

3 周鵬;葛家怡;趙欣;王明時;;電刺激經(jīng)絡(luò)導通法在臨床康復中的應(yīng)用[A];中國生物醫(yī)學工程進展——2007中國生物醫(yī)學工程聯(lián)合學術(shù)年會論文集（下冊）[C];2007年

4 金捷;;植入式電刺激治療裝置的國際進展和我國的對策[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學術(shù)年會文集[C];2000年

5 王黎萍;龔劍秋;;肌電引導注射肉毒毒素聯(lián)合電刺激治療卒中后肌痙攣的臨床研究[A];中國康復醫(yī)學會第十一屆全國腦血管病康復學術(shù)會議論文匯編[C];2008年

6 姚云海;顧旭東;李亮;傅建明;任蕓;;生物反饋療法治療腦卒中后吞咽障礙的臨床觀察[A];2011年浙江省物理醫(yī)學與康復學學術(shù)年會暨康復新進展學習班論文匯編[C];2011年

7 吳東宇;屈亞萍;涂顯琴;錢龍;楊遠濱;耿宏;;經(jīng)顱直流電刺激對緩解卒中后上肢痙攣的療效觀察[A];中國康復醫(yī)學會第七次全國康復治療學術(shù)會議主題報告、學術(shù)交流論文匯編[C];2010年

8 吳承龍;王黎萍;;肌電引導注射肉毒毒素聯(lián)合電刺激治療卒中后肌痙攣的臨床研究[A];2008年浙江省神經(jīng)病學學術(shù)年會論文匯編[C];2008年

9 孫嵐;徐俊峰;曲學坤;王征美;;康復訓練配合穴位電刺激對偏癱患者手功能恢復的影響[A];弘揚中華養(yǎng)生文化 共享健康新生活——中華中醫(yī)藥學會養(yǎng)生康復分會第七屆學術(shù)年會論文集[C];2010年

10 姚云海;顧旭東;李巖;金敏敏;楊美霞;時美芳;;神經(jīng)功能電刺激治療腦卒中后吞咽功能障礙的療效觀察[A];浙江省醫(yī)學會健康管理學分會第二屆學術(shù)年會論文集[C];2009年

相關(guān)重要報紙文章 前7條

1 首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院疼痛科主任 倪家驤;頑固性疼痛可選脊髓電刺激治療[N];健康報;2010年

2 首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院功能神經(jīng)外科 胡永生 李勇杰;卒中后疼痛 皮層電刺激治療[N];健康報;2013年

3 健康時報特約記者 yび板，

本文編號：2374188