最佳的不对称电场脉冲用于选择性跨膜磁刺激,功率最小化和卷轴加热

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 计算电生理学 计算电生理学

背景情况:

• 截磁刺激 (TMS) 传统上使用对称脉冲,限制定向神经激活.
• 现有的不对称脉冲优化方法受到限制,无法实现最佳的能源效率或选择性.
• 高能耗和加热要求是当前不对称的TMS方法的挑战.

研究的目的:

• 为节能非对称的TMS脉冲开发一个灵活的优化框架.
• 使用优化的脉冲形状,在神经刺激中实现方向选择性.
• 尽量减少能量损失和加热,同时保持有效的神经参与.

主要方法:

• 实施了一种新的优化框架,其中包含神经元模型激活约束.
• 集成的灵活控制脉冲不对称性,用于波形设计.
• 实验验证优化波形与常规和先前优化脉冲相比,在人类受试者中得到验证.
• 测量了电机值和电机唤起潜力 (MEP) 对于方向选择性的延迟.

主要成果:

• 优化的波形具有领先阶段和近矩形刺激阶段,减少了高达92%的能量损失.
• 优化的单向矩形 (OUR) 脉冲显示了与单相脉冲相似的电机值,但能量损失明显较低.
• 在OUR脉冲中观察到前后和后前刺激方向之间的MEP延迟差异很大,这表明了方向选择性.

结论:

• 开发的框架成功地确定了高能效的不对称的TMS脉冲.
• 这些脉冲使方向选择性神经参与,降低了功耗和线圈加热.
• 优化的脉冲为更精确和更强大的神经调节提供了潜力,特别是在快速重复的TMS协议中.