中國科學院自動化研究所（以下簡稱“自動化所”）腦網絡組與腦機接口北京市重點實驗室近日成功研發出全球首款電池供電的可穿戴閾上重復經顱磁刺激設備（rTMS）。

自動化所副研究員戚自輝介紹，這臺設備重量小于3公斤，性能卻與商用大型設備相當，為rTMS技術在家庭、社區及自由行動中的全場景應用提供了新可能。

“腦機接口技術將大腦與機器建立聯系，實現腦與外部設備的信息交換，按照信息流的方向可分為‘腦控’和‘控腦’兩類。”自動化所研究員、腦網絡組與腦機接口北京市重點實驗室主任蔣田仔說。

▲電池供電可穿戴重復經顱磁刺激設備（rTMS）。來源：自動化所

蔣田仔介紹，“腦控”實現了腦信號解碼到外部設備的信息轉換，而“控腦”也叫神經調控，通過電、磁、聲、光、熱等手段，將物理能量寫入大腦來干預神經元的活動，實現機器到腦的信息交換。相較于藥物治療，物理神經調控技術因其副作用小、靶向性好，是臨床腦疾病治療的利器。以深部腦刺激（DBS）為代表的有創神經調控技術已在治療帕金森病等領域取得進展。

然而，在無創神經調控中，由于人類進化形成的頭皮、顱骨、腦脊液、腦膜等多層顱腦結構，將腦組織層層保護，使得精確、有效的無創神經調控變得很困難，這始終是神經調控領域中一塊難啃的“硬骨頭”。

戚自輝介紹，1985年，英國謝菲爾德大學教授安東尼·巴克爾等人發明了經顱磁刺激技術（TMS），其利用時變磁場在腦內產生感應電流，實現對神經元的非侵入性調控，直接激活神經元產生動作電位。作為一種閾上的無創神經調控手段，TMS與磁共振成像、正電子發射成像、腦磁圖并稱“腦科學四大技術”。

“傳統rTMS設備的脈沖發放頻率很高，配套的電源和散熱設施使設備重達數十公斤，極大限制其在臨床和科研中的應用。如何將rTMS設備小型化，甚至是實現可穿戴，是技術難題。”戚自輝說。

戚自輝介紹，研究團隊通過輕量級磁芯線圈設計和高功率密度高壓脈沖驅動技術的突破，成功將設備功耗、重量降至進口商用設備的10%，且和現有傳統商業TMS設備的刺激強度接近。試驗中，該設備首次在自由行走過程實現了rTMS神經調控，揭示了中樞神經系統和不同肢體肌肉活動之間的動態相互作用。

▲可穿戴式重復經顱磁刺激。來源：自動化所

自動化所高級工程師劉浩表示，可穿戴rTMS設備未來可與腦電、近紅外等非侵入式腦信號檢測技術結合，通過對腦信號的實時解碼優化rTMS調控過程，形成可穿戴式閉環rTMS神經調控系統，提升現有rTMS的治療穩定性，讓閉環腦機接口從實驗室走向真實場景的大規模應用成為可能。

“可穿戴rTMS設備的成功研發是神經精神疾病治療領域的一項突破，將為患者帶來更便捷、更有效的治療選擇，同時也為腦科學研究提供了新的工具。這項技術將會在腦健康和腦機接口領域發揮重要作用。”蔣田仔說。