作者：明东，天津大学医学院，医学工程与转化医学研究院

20 世纪60 年代，基于“Melzack-Wall 疼痛门控理论”研发的可调节脊髓电刺激设备的问世，标志着现代神经调控技术开始应用于医学领域。之后随着医学理论和工程技术的不断进步，神经调控技术进入快速发展阶段，“ 神经增强”“ 神经刺激”“ 神经修复”等术语不断涌现，随着对其认识的深化，“神经调控”逐渐得到国际社会的广泛认可，并定义为：利用侵入性或非侵入性技术，通过外源性化学或物理手段靶向中枢、周围和自主神经系统，对其活动进行抑制、激活或治疗性改变，从而改变神经功能、改善生活质量的生物医学工程技术。

神经系统疾病是全球健康损失和致残的主要原因，也是第二大死因，其所造成的死亡和残疾负担越来越被视为全球公共卫生的挑战。根据世界卫生组织（WHO）2024年全球疾病负担（GBD）报告，神经系统疾病影响全球43% 的人口，已成为全球疾病负担首要原因。

对于人口数量庞大的中国，所面临的挑战尤为严峻，据2025年的一项最新流行病学调查显示，我国神经系统疾病流行病例约4.68 亿例，占总人口的近1/3，给我国的公共卫生造成巨大负担。由于人口增长和老龄化问题，该趋势预计还可能进一步加剧。为了应对这一日益增长的公共卫生挑战，开发和应用神经科学技术治疗神经系统疾病至关重要。在此背景下，神经调控技术成为当前医学发展最快的领域之一，为神经系统功能性疾病的治疗提供了新的机遇；借助临床医学、神经科学、工程技术等多学科技术的进步，神经调控凭借其医工融合的技术优势，其适应证和技术种类不断拓展。

目前，神经调控技术已从传统的化学和电刺激调控，发展出经颅磁刺激（TMS）、经颅电刺激（TES）、低强度聚焦超声（LIFU）等多种物理调控的神经调控体系，靶向刺激特定脑区或核团调节神经活动。这些新型神经调控技术在抑郁症、焦虑症、阿尔茨海默病等多种神经系统疾病治疗的临床应用和临床前研究中展现出巨大价值。基于此，本文将重点总结分析神经调控技术的原理、技术创新和临床应用，并就其医工融合特色展望未来发展方向和机遇。

1.神经调控技术原理解析

神经调控技术按照输出刺激类型分为电刺激、磁刺激、超声刺激、光遗传刺激等不同类型。每种调控技术虽然具有各自独特的调控原理，但核心原理均是通过调节神经元膜电位，改变目标脑区及上下游脑区功能。

（1）电刺激：是神经调控的传统方式，已广泛应用于临床治疗多种神经系统疾病。在电刺激过程中，电极在目标脑区神经元施加电位梯度，引发神经元去极化或超极化，进而激活或抑制目标脑区神经元活动，实现调节神经功能的目的。

（2）磁刺激：其调控原理与电刺激相似，通过在目标脑区施加电位梯度实现神经调控目的，不同之处是二者施加电位梯度的方法，磁刺激是基于法拉第电磁感应原理，通过快速变化的磁场在目标脑区产生感应电流，以实现施加电位梯度的目的。

（3）超声刺激：主要形式是低强度聚焦超声，依靠超声在细胞膜上施加机械力实现对局部脑区的无损伤神经调节。目前有关低强度聚焦超声调节神经元放电的明确机制尚不清楚，存在多种机制假说，主要包括机械力使细胞膜发生位移，从而产生电容电流；以及机械力改变机械敏感离子通道的电导和通道活性，直接激活机械敏感离子通道等。

（4）光遗传刺激：调控原理与上述技术有很大不同，将光学与遗传学技术相结合，利用遗传学技术在特定神经元集群特异性表达外源性光敏感通道蛋白，借助光敏蛋白质可被特定波长光激活的特性，实现激活特定神经元集群的目的，调控作用具有极高的时间和空间分辨率。

2.神经调控技术创新

神经调控技术发展至今取得了飞跃式进展，在神经科学基础研究和神经系统疾病治疗中发挥了重要作用，然而该项技术目前仍处于技术创新突破和发展阶段。临床需求始终是神经调控技术创新的重要推动力之一，除已广泛应用于运动障碍疾病、药物难治性癫痫、疼痛等适应证外，还可根据临床需求不断扩展其他适应证，推动神经调控技术在临床治疗中的全面发展。例如，经颅磁刺激作为临床应用最为广泛的非侵入性神经调控技术最早被美国食品与药品管理局（FDA）批准用于治疗重度抑郁症，但是由于经颅磁刺激的穿透深度有限，难以刺激到深部脑区，限制其临床治疗效果。

为了克服这一局限性，研究人员研发出可以有效提高磁场穿透深度的H 型线圈，搭载H 型线圈的深部经颅磁刺激（dTMS）目前已被FDA 批准用于治疗重度抑郁症、强迫症、尼古丁成瘾、焦虑性抑郁等神经精神疾病，极大地拓展了经颅磁刺激的临床适应证。

来自医学、生物物理学、计算机科学、材料科学、工程学、神经科学和生物医学工程等多个学科技术的合作突破，是神经调控技术突破和创新的另一个重要驱动力。一方面，在多学科交叉探索过程中可以诞生多种新型神经调控技术，成为攻克神经调控技术临床转化难关的突破点。例如，时间干涉刺激（TIS）作为一种新型技术，同时拥有经颅电刺激的无创优势和脑深部电刺激术（DBS）的空间靶向性；而低强度聚焦超声则突破了传统神经调控技术的原理，创造性利用超声的穿透性和机械力实现对深部脑区的靶向无创调控。

上述两种新兴非侵入性神经调控技术已在多种神经系统疾病的治疗中展现出巨大潜力。另一方面，交叉学科的合作正在提高现有神经调控技术的无创性、生物相容性和空间精准度等，提供更多、更灵活的应用场景。柔性电极阵列的出现，显著提高了有创电刺激技术的安全性、覆盖范围、电极密度和长期稳定性等性能；神经外科手术机器人的问世则提高了电极的可植入数量、空间定位准确性、便捷性和安全性等指标。中国科学院自动化研究所通过轻量级线圈设计和高功率密度高压脉冲驱动技术的突破，成功研发了国际首台可穿戴式经颅磁刺激设备，打破了传统经颅磁刺激的空间限制，极大地扩展了其技术应用场景。

脑机接口（BCI）技术与人工智能（AI）技术的出现，促使神经调控技术进入个体化精准调控的智能化时代，基于个体化脑机接口技术的脑深部电刺激术治疗帕金森病已被证实有更好的治疗效果。跨学科领域的深入交叉合作在促进神经调控技术飞速发展方面蕴含着巨大潜力。

3.神经调控技术临床应用

迄今为止，神经调控技术已经临床治疗和临床研究证实其在众多神经系统疾病中具有重要价值，但不同神经调控技术具有各自优势和局限性。例如，脑深部电刺激术作为目前应用最成熟的侵入性神经调控技术之一，具有极高的空间分辨率，但需依赖外科手术植入，限制其应用前景；经颅磁刺激和经颅电刺激是临床应用最广泛的非侵入性神经调控技术，因其安全无创的优势展示出广阔的应用前景，但空间分辨率较低、穿透深度较浅，难以刺激深部脑区，治疗效果尚难达到预期；时间干涉刺激和低强度聚焦超声作为新型非侵入性神经调控技术，因其空间分辨率高、可刺激深部脑区的优势近年备受关注，但目前尚处于临床前研究阶段，其治疗策略和机制尚待进一步研究。

因此，为了更好地将神经调控技术应用于临床，研究人员不断改进现有技术、探索新方法和扩展适应证。现阶段神经调控技术主要应用于运动功能障碍、认知功能障碍、精神障碍和神经系统变性疾病。

1） 运动功能障碍

运动功能障碍是最早应用神经调控技术的神经系统疾病之一。自20 世纪80 年代应用于临床以来，脑深部电刺激术已先后被批准用于帕金森病、特发性震颤、肌张力障碍等多种运动障碍疾病的治疗。目前研究人员正在探索利用脑深部电刺激术治疗脑卒中后上肢运动功能障碍。由于脑深部电刺激术需要手术操作，手术成本高且植入电极存在较高风险，因此，非侵入性神经调控技术治疗运动功能障碍得到越来越多的关注。已有临床研究发现，经颅磁刺激和经颅电刺激治疗帕金森病患者运动障碍具有良好效果；与此同时，低强度聚焦超声也在临床前研究中表现出巨大潜力。

2） 认知功能障碍

随着全球人口老龄化，认知功能障碍病例数迅速增加，给社会带来巨大医疗负担，研究人员开始尝试应用神经调控技术治疗认知功能障碍，在探索脑深部电刺激术治疗阿尔茨海默病效果时发现，一些轻度阿尔茨海默病患者的认知功能改善，但是更多病例报告仅证明脑深部电刺激术的安全性与可行性，而对认知功能障碍的改善效果有待进一步研究。经颅电刺激在对轻度认知障碍患者的临床治疗中表现出良好治疗效果，但对阿尔茨海默病患者的改善效果不甚显著。相比于其他神经调控技术，多项研究表明，经颅磁刺激刺激背外侧前额皮质（DLPFC）、楔前叶和颞叶等脑区可以有效改善阿尔茨海默病患者的多项认知功能。此外，研究人员还初步探索低强度聚焦超声、时间干涉刺激和感觉刺激等新型神经调控技术对认知功能障碍的改善效果。

3） 精神障碍

自2008 年FDA 批准经颅磁刺激用于治疗重度抑郁症以来，该项技术业已逐渐成为临床治疗抑郁症的有效方法之一。随着搭载H 型线圈的深部经颅磁刺激的出现，经颅磁刺激治疗的精神障碍疾病已从重度抑郁症逐步扩展到强迫症、成瘾、焦虑性抑郁等。此外，已有研究发现经颅电刺激对重度抑郁症和难治性精神分裂症均有显著改善作用。低强度聚焦超声作为新型非侵入性神经调控技术，不仅多项临床前研究发现其可以有效改善抑郁症动物模型的抑郁样行为，而且临床研究也发现其可以长期缓解抑郁症患者的抑郁症状。

4） 神经系统变性疾病

脊髓小脑性共济失调（SCA）是神经退行性小脑性共济失调的一种，不仅严重影响患者生活质量且可导致其生存期缩短。目前已有一些研究发现经颅磁刺激可以部分改善脊髓小脑性共济失调患者的共济失调症状，2024年中华医学会神经病学分会神经遗传学组发布的《中国遗传性共济失调诊治专家共识2024》指出，经颅磁刺激有望成为切实有效的脊髓小脑性共济失调的新型治疗手段。此外有研究显示，经颅电刺激亦可增强共济失调患者的运动表现。但是应用经颅磁刺激和经颅电刺激治疗共济失调患者的研究仍处于起步阶段，其治疗策略、改善效果和作用机制有待深入探究。

综上所述，临床需求和多学科技术进步是促进神经调控技术不断创新发展的两大驱动力，其中临床医学的需求为其指明发展方向，并为其临床转化和应用提供理论依据，不断扩展其适应证；生物医学工程、神经科学、人工智能等多学科技术的进步与交叉融合为其完善功能、增加调控技术种类提供了技术手段。

尽管神经调控技术已经广泛应用于神经系统疾病的治疗并取得显著疗效，但目前其发展在医工融合创新过程中仍面临诸多亟待解决的问题，其中最主要的问题之一是前沿研究成果与临床转化应用进程不匹配，例如，临床前研究已经发现低强度聚焦超声在多种神经系统疾病中具有良好治疗效果，但其临床研究却刚刚起步，大多仍局限于对正常人的研究；另一个主要问题是神经调控技术与材料学、生物电子学等多学科技术的发展进程不匹配，其他学科先进技术在神经调控领域的应用相对滞后，同样限制其发展创新。

展望未来，为了更好地发挥神经调控技术的医工融合创新优势，深化跨学科协作势在必行，医学、工程学、神经科学等多学科之间应积极构建多学科交叉融合的联合攻关体系，充分发挥医学和工程技术等学科各自的优势，各医疗中心通过丰富的临床实践，准确把握临床需求，并为研究提供大量的临床样本和实践验证；其他相关学科及时应用各自领域前沿的科研理论和创新思维，为神经调控技术的发展提供理论支持和创新思路。

在神经调控领域，神经科学家、工程师和临床医师三者身份的界限日益模糊，培养跨学科复合型人才是未来神经调控领域的必经之路。通过构建多学科联合攻关体系、培养跨学科复合型人才，有利于挖掘神经调控技术的巨大潜力，为突破性发现和变革性应用铺平道路，有望加速神经调控技术的发展与应用，为人类健康事业做出更大贡献。

来源：明东.神经调控医工融合创新研究[J].中国现代神经疾病杂志,2026,26(01):8-12.