高频正弦波对孤立神经元的无调制兴奋与极化：重新审视时间干扰刺激的机制与临床意义

本研究通过无伪影光学记录技术，揭示了2 kHz和20 kHz无调制正弦波可直接诱导海马神经元重复放电（60-90 Hz），其效率与幅度调制（AM）波相当。关键发现表明，时间干扰刺激（TI）的调制并非神经元兴奋的必要条件，且"纯"正弦波引发的持续去极化会导致兴奋阻滞（excitation block）。这一发现挑战了TI技术依赖包络提取（envelope extraction）的传统认知，为临床应用中避免脱靶效应（off-target effects）提供了新见解。

　　

高频正弦波对神经元兴奋机制的突破性发现

引言
临床脑电刺激在帕金森病、癫痫、成瘾等疾病治疗中广泛应用，但传统深部脑刺激（DBS）存在侵入性风险。时间干扰刺激（TI）作为非侵入性技术，其核心假设认为神经元仅响应调制高频波（如2 kHz与2.02 kHz叠加产生的20 Hz包络），而忽略无调制波的效应。然而，这一理论正受到新实验证据的挑战。

高频无调制正弦波的直接兴奋作用
实验采用FluoVolt染料光学记录技术，发现2 kHz和20 kHz纯正弦波可诱导海马神经元持续放电。当电场强度增至57.7±3.6 V/cm（2 kHz）时，神经元放电频率线性上升至60-90 Hz生理极限，超过此阈值则出现动作电位（AP）融合和兴奋阻滞。对照实验使用Di-8-ANEPSS染料验证了该现象的普适性，且钠通道阻断剂河豚毒素（TTX, 1 μM）可完全抑制此效应，证实其依赖电压门控钠通道（Na⁺
）的周期性激活与恢复。

调制与无调制波的效率对比
通过模拟TI靶点条件的20 Hz AM波（如1.99 kHz与2.01 kHz叠加）发现，调制仅使放电与"节拍"同步，但未降低兴奋阈值。统计显示，2 kHz调制波的5-AP激发阈值显著高于无调制波（p=0.0079），20 kHz下差异更显著（p=0.0037）。这一结果与先前外周神经研究结论一致，表明包络提取并非TI的必要机制。

膜极化动力学的纳米级解析
采用6 ns激光闪光成像技术，测得神经元膜充电时间常数仅0.7±0.08 μs（阴极侧），放电为0.91±0.08 μs。值得注意的是，正弦波引发的极化不对称性比矩形脉冲更显著（如某细胞ROI2极化幅度降低90%），提示可能存在局部离子通道（如K⁺
）激活抑制。计算显示，2 kHz阈值对应膜去极化6.8±1.1 mV，与细胞内电流注射数据吻合。

临床意义与争议
该研究颠覆了TI"选择性激活"的理论基础，证明电极附近强电场区的无调制波同样可引发兴奋或阻滞。在低电导率（8.4 mS/cm）模拟脑组织环境中，阈值电场可降至~7 V/cm，接近计算模型预测值。近期皮层切片研究也发现，抑制性PV神经元对纯正弦波更敏感，进一步支持脱靶效应不可避免的结论。

讨论
神经元对高频波的响应本质上是电压门控通道的非线性滤波效应——快速交替的去极化/超极化周期使Na⁺
通道反复激活，而K⁺
通道可能因单周期时长不足而激活受限。这种"类整流"机制不同于传统包络解调，但功能等效。研究建议未来TI实验需设置纯载波频率对照，以准确区分靶区与脱靶效应。新型脉冲宽度调制TI（PWM-TI）等技术也需重新评估其特异性。