神经电刺激方法通过向人体体内施加电流,能够直接调控神经回路和神经功能,在治疗人类神经系统疾病上发挥了巨大的作用。传统的植入式电极在时间和空间上具有较高的分辨率,所以在临床上得到了广泛的运用。但是植入式电极往往伴随着较高的手术成本以及对人体的创伤性,所以非侵入式的、无创伤的经颅电刺激技术应运而生。经颅电刺激技术在头皮上施加恒定、低强度的电流,以无创伤的方式调节大脑皮层的神经活动。非侵入式的经颅电刺激需要同时兼顾空间上的聚焦度和穿透深度,在技术上仍然面临着较大的挑战。采用对人体组织具有更好穿透性的中频电流、分析电流在体内的作用机制是实现以上要求的重要手段之一。本文以时间干涉电流刺激神经系统为研究对象,建立了涵盖电场和神经离子通道的数值分析模型,分析了预调制包络电流和时间干涉电流刺激神经的作用机制,提出了一种具有高聚焦度的神经电刺激方法,完成了以下三方面的工作:1.从电场和神经动作电位两个角度,分析预调制中频包络电流在体内的作用机制:中频电流对人体组织的穿透性以及神经的低频响应特性。本节详细分析了最佳载波频率的选择以及不同形状的电极在体内的电场分布,设计了一种具有高聚焦度的同心方环电极。2.建立涵盖电场和神经离子通道的数值分析模型,阐述时间干涉电流在体内的作用机制。建立单神经节和多神经节模型,并基于两个电场的时域叠加原理分析时间干涉电流刺激神经的作用机制:神经兴奋发放动作电位、神经疲劳性和神经传导阻滞。3.提出了一种具有高聚焦度的神经电刺激方法:综合多种调制方式(包括了频率、极性、时分调制)的高精度刺激方法。该方法有两种具体的应用形式:阵列电极和大脑聚焦刺激。本文从电场-神经离子通道的数值分析模型以及生理盐水实测得到的刺激电流波形对神经的作用效果两个方面,验证了该方法的正确性以及聚焦度。