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【解码脑机】Brain Stimulation | EEG让个性化iTBS“踩准”每个人的θ节律

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受脑状态驱动的闭环经颅磁刺激(TMS)正成为精准精神病学的重要方向。间歇性爆发式刺激(iTBS)的设计初衷正是模拟内源性θ节律,且已获批用于抑郁症治疗。但在临床中,所有患者接受固定2秒串长、8秒间歇的"通用模板",个体θ频率差异被完全忽略。

更关键的瓶颈在于技术层面:iTBS脉冲高度密集,连续刺激在EEG中产生叠加伪迹,首个脉冲后即难以进行实时相位追踪;同时前额叶θ振荡远弱于运动区α节律且波动更大,相比常见闭环研究依赖的α节律更难稳定解码。目前尚无EEG调控算法可连续数秒稳定预判θ相位,无法实现整段iTBS序列的全程相位匹配。

2026年,西北大学研究团队在 Brain Stimulation (IF=9.7)发表了面向前额叶的个性化EEG实时控制iTBS(iTBS-EEG)策略,为破解上述瓶颈提供了方案。

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个体化、EEG实时控制的闭环iTBS

核心策略是"seed-and-sustain"(播种-维持)假说:既然无法连续数秒稳定预判θ相位来实现整段iTBS的全程匹配,那么只需确保每组序列前几个刺激簇实现相位对齐,在兴奋性最优节点完成"起始锚定",后续簇脉冲按个体θ节律的标定IBI自动推进,依靠刺激诱导的夹带效应(entrainment)来维持串内剩余脉冲的相位一致性——这一策略巧妙规避了多秒相位预测的计算瓶颈。


图1 刺激范式

调控信号选用前额叶4–8 Hz θ节律相位。算法逻辑分两阶段:校准阶段——利用受试者短时静息态EEG提取个体化θ参数(中心频率、最优相位锚点、个性化簇间间隔IBI);刺激阶段——调用校准参数预判触发时机,在最优相位触发每串iTBS的起始脉冲,即burst之间的间隔根据个体化的θ调整。

研究采用双实验设计验证。实验1为仿真调控:基于Dortmund生命研究数据集(n=608,20–70岁),每名受试者间隔2小时完成两段3分钟静息态EEG,校准第一段后分别验证两段。实验2为健康人体试验(n=10,19–39岁),所有设备上电运行但TMS脉冲未实际释放,以保证EEG信号质量。

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三项核心结果

① 算法在校准后可实现稳定θ相位锁定,串起始相位精度极高(仿真96.2%,人体92.0%),且参数在2小时内保持稳定(约95.1%),不受年龄和性别影响,提示单次校准后可在整个治疗周期内复用。

② 第2簇精度(仿真70.2%,人体70.9%)显著低于起始精度,这与seed-and-sustain假说的预测一致——后段精度下降主要由刺激诱发的网络动态与夹带效应的一致性影响。

③前额叶θ相位的实时提取在工程上是可行的,尽管其信噪比和稳定性弱于传统闭环研究依赖的运动区α节律。


EEG 基于θ 相位控制的 iTBS 靶向左侧前额叶皮层的刺激精度

数据来自两项实验,精度以中位数归一化极坐标图呈现,显示为与目标相位的偏差,其中 0° 对应最佳精度(条形指向"东方")。左列为 iTBS 串起始精度(依赖于 θ 相位预测),右列为串内第 2 个爆发的精度(依赖于校准的串间间隔 IBI)

实验 1 为基于 Dortmund Vital Study 数据集(n = 608 名参与者)的计算机内验证(in-silico validation),系统使用任务前静息态记录进行校准,并针对任务前(上行)或任务后(2 小时后;中行)记录进行验证。实验 2 为实验组的原位验证(in-situ validation)(n = 10 名参与者;下行)

该框架如获临床验证,将使iTBS从"通用模板"升级为个体θ节律驱动的闭环调控——在每个人最优的相位开始刺激,让大脑自身的节律"维持"后续效应。当然,当前仍为技术验证阶段:实验2在无实际TMS脉冲释放的条件下完成,夹带效应的电生理证据尚未直接获得,临床评估是下一关键步骤。

3

依瑞德EEG-TMS脑机调控系统

该系统可实时采集个体脑电信号,捕捉不同受试者在静息态、任务态下的脑电节律差异,TMS则根据EEG数据动态调整刺激参数,实现个性化神经调控。

还可以构建“诊断-治疗-评估”的全流程闭环体系。EEG快速识别异常脑电特征,TMS基于EEG结果开展针对性神经调控治疗,同时,在治疗过程中,EEG持续监测脑电信号变化,实时评估TMS干预效果。

在TMS施加磁脉冲瞬间,EEG通过高时间分辨率的脑电信号采集,实时记录神经元兴奋性改变、脑电节律振荡及功能连接变化,这种“刺激-响应”的即时观测,为解析TMS作用机制提供直接证据。


依瑞德EEG-TMS脑机调控系统

撰文:吴玉莲

审核:尧利书、钟健

编辑:马睿琦

参考文献:

Maldonado Osorio FA, Elhamiasl M, Gacek MK, et al. Personalized, EEG-controlled intermittent theta burst stimulation[J]. Brain Stimulation, 2026, 19: 103143.

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