经颅超声刺激导航系统的设计及应用

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经颅聚焦超声刺激技术作为神经调控领域中的新兴技术,相较传统技术有着空间分辨率高、刺激深度大、无创性和磁共振兼容性等突出优点。它的高空间分辨率和精准刺激需要相应导航系统的支持,但目前经颅超声刺激在导航功能模块上仍处于空白。因此,本文设计了一款结合经颅超声刺激硬件设备的软件导航系统。该系统能够实时跟踪病人头部及超声换能器的位置,记录超声聚焦刺激的位置及换能器空间位置,实现超声的精准刺激。导航软件系统还可以存储并管理聚焦超声刺激的相关实验项目数据及结果,并支持在不同电脑端运行及记录的移植。系统搭建成功后,我们将结合导航系统的经颅超声聚焦刺激应用于视觉选择性空间注意任务中,通过行为学和脑电研究并验证经颅超声聚焦刺激对视觉空间注意活动的调控作用及可重复性。可重复性实验要求每次实验刺激相同的脑区,避免实验重复时产生的焦点位移误差,因此必须结合高精度的导航系统。我们选取抑制性超声参数,将超声刺激作用于4名被试者的前额叶脑区,记录并分析被试的行为学表现及枕叶脑电信号中的α波能量变化。每位被试共进行3次实验,每次实验间隔1个星期。结果初步表明,施加超声刺激会使被试的反应时间显著增长,空间注意相关的枕叶α波能量的偏侧性减小,表明实验中施加前额叶的经颅抑制性超声刺激能够对参与视觉空间注意的枕叶区域产生抑制性影响,证明了经颅超声刺激的神经调控作用。此外,该抑制性的调控作用在3次实验中均无显著差异,初步证明我们设计的超声导航系统是有效的,经颅超声聚焦刺激的实验具有可重复性。
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