PWM-TI 的定義

PWM-TI 是一種非侵入性深部腦刺激技術，通過施加兩個不同頻率（kHz范圍）的雙相方波電場，在其重疊區域產生一個脈沖寬度（Pulse-Width）周期性變化、但包絡幅度恒定的合成電場。該脈沖寬度的變化頻率為兩原頻率之差（Δf），處于神經活動頻率范圍內（如10 Hz），從而可調控神經活動。

圖1 PWM-TI 的基本原理與概念示意圖

圖1A–C直觀展示了PWM-TI的基本原理：

圖1Ai：傳統TI（正弦波疊加）產生幅度調制（AM）的包絡。

圖1Aii：PWM-TI（方波疊加）產生脈沖寬度調制（PWM），包絡幅度恒定。

圖1B–C：在腦內某一區域，兩電場完全重疊時脈沖寬度調制幅度（λPWM）最大，否則較小。

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PWM-TI 相對于傳統tTIS的優勢

優勢：

能量效率更高：方波的RMS值比正弦波高約40%，因此在相同峰值電流下，PWM-TI能誘發更強的膜電位振蕩（圖2Dii）和鈣信號響應（圖3C–E）。

圖2 離體腦片膜片鉗記錄證明PWM-TI可有效去極化神經元

總結： 圖2通過嚴謹的離體電生理實驗證明，PWM-TI不僅能有效在差頻上去極化神經元膜電位，其效率（振蕩幅度和AP閾值）甚至優于傳統的正弦波TI。證明了單個神經元可以對PWM-TI產生反應。

離體腦片膜片鉗是一種直接在腦組織薄片上對單個神經元進行 intracellular（細胞內）電生理記錄的金標準技術，它能像超高精度的電壓表一樣，實時捕捉神經元膜電位的微小變化，從而為PWM-TI的有效性提供最直接的證據：它記錄到神經元并非簡單地響應高頻刺激，而是特異性地在目標差頻（Δf）上產生節律性的膜電位去極化振蕩和動作電位，證明了PWM-TI能高效且特異性地驅動神經活動。

刺激閾值更低：在體內外實驗中，PWM-TI誘發動作電位和網絡振蕩的電流密度閾值均低于傳統TI（圖2Eii、圖3Ci）。

圖3 在體鈣成像證明PWM-TI可驅動網絡水平的神經活動

總結：圖3證實了PWM-TI在活體大腦中的有效性，能夠以更低的能量需求高效地驅動特定神經環路的同步活動，奠定了其未來應用的潛力。證明了一大群神經元（網絡）同時對PWM-TI產生反應。這是一個面上的證據。網絡水平的同步活動是大腦產生腦電節律、執行認知功能（如記憶、注意力）的基礎。鈣成像證明PWM-TI具有協調和驅動大規模神經環路的能力，這是其邁向治療應用（如調節異常的腦節律）的關鍵一步。

在體鈣成像通過基因編碼的熒光蛋白（如GCaMP）實時報告大量神經元的鈣離子濃度變化，從而間接顯示其電活動。它能夠證明PWM-TI可驅動網絡水平活動，是因為其觀測到刺激后整個神經元群體在目標差頻（Δf）上產生了同步的、節律性的熒光信號振蕩，這直接反映了大規模神經網絡的協同激活，而非單個細胞的孤立反應。

潛在的細胞類型特異性：由于依賴膜時間常數，PWM-TI可能通過調節脈沖寬度實現對不同神經元類型的選擇性刺激。

出現原因：

傳統TI使用正弦波，其包絡幅度調制（AM）是顯性的；而PWM-TI使用方波，其包絡幅度恒定，但脈沖寬度周期性變化。PWM-TI的出現是為了探索是否這種“隱形”的調制方式也能有效調控神經活動，并可能因其能量特性提供更高效的刺激策略。

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PWM-TI 的工作機理

PWM-TI 的核心機制是通過神經膜的被動低通濾波特性，將脈沖寬度調制（PWM）轉換為幅度調制（AM）的膜電位響應。

圖4 計算模型揭示PWM-TI誘發幅度調制式膜去極化的機制

總結： 圖4揭示了PWM-TI的工作機制：盡管外部施加的電場是脈沖寬度調制（PWM），但神經細胞膜的生物物理特性（如低通濾波）將其轉換為了細胞所能“感知”的幅度調制（AM）信號，從而實現了與傳統TI相似的神經調控效果。

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臨床研究：方法與結果

研究方法：

離體實驗（圖2）：小鼠腦片膜片鉗記錄，施加PWM-TI和傳統TI，記錄膜電位響應。

在體實驗（圖3）：GCaMP6s小鼠寬場鈣成像，觀察皮層網絡對PWM-TI的響應。

計算模型（圖4、5）：使用NEURON模擬L2/3錐體神經元，分析膜電位響應機制。

研究結果：

離體：PWM-TI誘發Δf膜電位振蕩幅度比TI高40%，AP閾值低20%（圖2）。

在體：PWM-TI誘發Δf和2Δf鈣信號振蕩的閾值均低于TI（圖3C），且響應更強（圖3E）。

計算模型：PWM-TI通過被動膜濾波轉換為AM式去極化，效率與傳統TI相當（圖4、5）。

圖5 被動膜的低通濾波特性是PWM轉換為AM的關鍵

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總結

PWM-TI 是一種新型非侵入性深部腦刺激技術，通過施加雙相方波電場，利用神經膜的低通濾波特性將脈沖寬度調制轉換為有效的神經去極化。其在能量效率、刺激閾值等方面優于傳統TI，且機制清晰，具有潛在的細胞類型選擇性和臨床應用前景。

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回映產品

產品1：便攜式TI時域干涉經顱電刺激儀

便攜式TI時域干涉經顱電刺激儀通過緊密接觸于頭皮的電極傳導兩路不同頻率的高頻脈沖電流(如：2000Hz和2010Hz),高頻電流流經大腦表層和深部區域，并在腦深部干涉產生低頻包絡(如：10Hz),由于大腦神經元對高頻(>1000Hz)電刺激不響應，所以位于大腦表層的高頻電流并沒有對大腦產生刺激效應位于腦深部的低頻包絡刺激大腦，實現無創地刺激大腦深部而不影響大腦皮層，即無創腦深部電刺激。

回映便攜式時域干涉電刺激設備支持傳統的tTIS時域干涉電刺激模式（基于正弦波），PWM-TI時域干涉電刺激模式（基于50%占空比方波），burst-TI時域干涉電刺激模式,細分為tTI-iTBS，tTI-cTBS兩種模式（基于iTBS，cTBS).

適用范圍：

能夠應用于對老年癡呆、癲癇、帕金森、抑郁癥等多種神經系統疾病治療和神經科學研究的多個領域。

產品2：48通道8腦區同步高精度經顱電刺激設備

回映電子科技院線級多腦區高精度經顱電刺激設備(MXN-48)是一款可8腦區/8人同步干預的高精度經顱電刺激實驗平臺。其已突破了Soterix對該技術的壟斷(Soterix產品Soterix MXN-33 高精度經顱電刺激系統其之前是市面上唯一款可對不同腦區進行同步精確干預的設備)回映高精度經顱電刺激產品M×N-48其具有48個獨立輸出通道，每個通道的波形，強度等參數都可以獨立設置，可以實現對8個不同腦區的同步干預，不同腦區的相位同步性<0.1°，大大增強了tES的神經調控效果。回映高精度經顱電刺激設備提供了兩種不同的操作模式以供研究者選擇——基礎模式和自由模式。基礎模式使用更加方便，設定簡單；自由模式則允許導入自定義電流波形，功能更加強大。

適用范圍：康復醫學：運動功能障礙、語言障礙、認知障礙、吞咽障礙、意識障礙、上肢肌張力障礙、卒中后抑郁、卒中后疼痛等精神病學：抑郁癥、焦慮癥、強迫癥、物質成癮、創傷后應激障礙﹑精神分裂癥等兒童康復：腦癱、運動功能障礙、注意缺陷多動障礙、孤獨癥、閱讀障礙、語言發育遲緩等神經病學：睡眠障礙、耳鳴、慢性疼痛、帕金森病、纖維肌痛、慢性疼痛(脊髓損傷下肢)、阿爾茨海默病、單側忽略﹑偏頭痛、神經性疼痛等腦科學研究：記憶、學習、言語等

產品3：手持式高精度經顱電刺激HD-tES設備

回映便攜式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)創新地采用type-C轉生物電極的設計使得產品能夠非常便捷地被使用。回映便攜式高精度經顱電刺激儀(HD-tES)通過多電極配置(1個中心電極和4個返回電極)實現高精度電流聚焦,精準刺激目標腦區。其核心優勢在于通過縮小電極尺寸(直徑12mm的環形電極)和增加電極數量,顯著提升刺激的聚焦性和精準性。
回映HD-tES支持多模式刺激,覆蓋多場景需求：HD-tDCS模式：調節皮層興奮性,適用于中風康復、抑郁癥干預等。HD-tACS模式：精準鎖定腦電頻段(如β-γ頻段改善強迫癥,4Hz增強工作記憶)適配認知障礙治療等。HD-tRNS模式：HD-tRNS 對顯式和隱式計時任務的影響不同,用于研究大腦的計時機制和時間處理能力等。

回映便攜式HD-TES設備示意圖

回映自研type-C轉生物電極示意圖
適用范圍:神經系統疾病治療，意識障礙和認知功能調節，康復治療，運動和認知功能恢復。產品4：便攜式經顱強交流電刺激儀(Hi-tACS)
該設備采用非侵入性的10-30mA刺激電流直接刺激大腦區域，進而刺激大腦深部的神經核團、改變神經遞質水平，影響腦電節律、改善腦區間的聯絡，從而增強腦功能，治愈疾病。