经颅磁刺激技术问世以来，“刺激哪里、为什么有效、能否精准”始终是困扰学界与临床的三大难题。传统圆形线圈磁场覆盖范围大，难以作用到小动物单个核团，空间分辨率停留在厘米级；不同疾病对应哪些关键脑区、磁刺激通过什么通路起效，机制长期不清晰。东南大学傅艺乔、施雨佳带领“磁脉新生”团队，从材料、电路、脑科学三个维度同步突破，将磁刺激空间精度推进到毫米级核团尺度，并系统阐明多疾病起效机制。
“磁刺激不是把磁场往头上一放就完事，必须搞清楚每一个参数对应的生物学效应。”项目负责人傅艺乔说。团队首先攻克的是机制难题。通过电生理实验和小鼠模型，团队发现磁性材料在弱磁场下可以激活神经元钙内流，进而触发神经放电。在此基础上，团队针对不同疾病逐一验证关键脑区：背外侧前额叶和视觉皮层V1区对应抑郁症，下丘脑室旁核对应孤独症，纹状体对应帕金森。这一成果解决了磁刺激领域长期存在的“靶点模糊”问题，为精准治疗提供了脑科学依据。
机制明确之后，空间定位成为下一道关口。传统圆形线圈磁场分散，刺激范围大，非靶区组织也会受到影响。副负责人施雨佳带领硬件小组从线圈拓扑和磁轭结构两方面入手。团队创新设计四棱台形磁轭高增益三维磁场发生器，配合多目标优化8字形线圈，利用两个反向串联圆形绕组的磁场叠加效应，将刺激焦点聚焦于双环相切区域。仿真与实测结果显示，优化后线圈磁场焦度相比传统圆形线圈提升5—7倍，空间分辨率达到毫米级核团尺度，在抑郁模型小鼠实验中甚至达到半海马尺度，明显优于覆盖全脑的传统磁刺激。
“线圈聚焦性提升只是第一步，必须让磁场参数灵活可调，才能适配不同脑区、不同深度、不同个体。”施雨佳介绍。团队开发两套核心电路拓扑：基于SRC的弱磁场重复经颅磁刺激电路，通过调节开关频率灵活调控输出电流；基于恒功率传输的两级式电路，有效抑制输入侧功率波动，可实现2000A峰值脉冲电流稳定输出。针对8字形线圈特性，团队提出对称串联脉冲放电拓扑，将单开关管电压应力降低50%。整套系统实现磁场强度1—100mT、频率1—100Hz连续可调，参数可根据治疗方案精准匹配。
硬件精度提升的同时，傅艺乔团队从材料端进一步强化靶向性。团队自主研发可注射磁性微球，采用海藻酸钠外壳和物理电喷法成型，并进行穿膜肽修饰。动物实验中，原位注射后20周仍保持约60%以上磁性信号，具备较好的驻留能力和深部靶向潜力。
“材料—硬件—脑机制三者必须闭环，缺一环都谈不上精准。”傅艺乔强调。团队在孤独症模型小鼠中验证了完整闭环：采用50mT、10Hz磁场精准刺激室旁核，通过微透析、旷场、三箱社交等实验评估，动物重复刻板、焦虑和社交能力指标均有改善。在抑郁模型小鼠中，系统空间分辨率达到半海马尺度，不仅展现治疗潜力，也为抑郁脑机制研究提供了新工具。
傅艺乔认为，毫米级核团精准刺激不仅是治疗手段升级，更为神经科学基础研究提供了新工具。团队将继续深化脑机制研究，优化线圈与材料协同方案，推动精准磁刺激从实验室走向临床常规应用。
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