摘要
背景/目的：经颅磁声刺激（TMAS）是一种新兴的多物理场神经调控方式，在基于超声的神经刺激中引入了磁声诱导电流。然而，这种耦合物理输入如何转化为神经元募集以及可测量的生物学反应，目前尚缺乏深入了解。本研究旨在建立一个计算-实验框架，以量化TMAS在刺激剂量、放电时程和钙相关反应等维度上诱导的神经激活。方法：该模型综合了超声诱导的膜力学、基于电荷的神经元电生理学、压力依赖性钙电流调节以及洛伦兹力介导的TMAS电流源。通过模拟规则放电兴奋性神经元和低阈值放电抑制性中间神经元，估算了兴奋阈值、放电潜伏期以及放电模式转变。采用两种基于模型指导的刺激条件，利用离体钙成像、在体海马光纤光度测量以及c-Fos/微管相关蛋白2（MAP2）免疫荧光进行了验证。结果：与经颅超声刺激（TUS）相比，TMAS将规则放电神经元的半最大有效剂量降低了71.4–76.3%，将低阈值放电中间神经元的半最大有效剂量降低了51.5–58.2%，同时缩短了放电潜伏期并扩大了爆发响应范围。实验结果表明，在接近阈值的条件下，TMAS产生了比TUS更大的峰值钙响应以及更高的c-Fos/MAP2免疫反应性。结论：TMAS通过降低兴奋阈值、改善放电时程响应以及重塑放电模式转变，比TUS更高效地增强了神经元的响应能力。与整体计算比较结果一致，实验测量显示在匹配的超声参数下，TMAS下的神经元激活程度高于TUS。
