# 前额叶电刺激设计

本页不是从技术名称反推一个推荐电流，而是把本地全文转成工程设计输入：**目标是哪一部分前额叶、全部电极怎样闭合回路、输出波形是什么、组织内实际剂量多少、外周感觉是否混入，以及怎样证明目标参与。**

```text
前额叶目标定义
→ 完整电极拓扑
→ 设备输出波形
→ 皮肤/织物接触剂量
→ 个体脑内场
→ 外周与眼周共刺激
→ target engagement
→ 睡眠与次日结果
```

所有数值都是本地论文中的研究参数，不是医疗建议或可直接用于人体的产品档位。

## 第一条规则：额头接触不等于前额叶靶向

“作用于前额叶”至少包含四个不同目标：

| 目标 | 近似头皮坐标 | 本地先例 | 不能自动推出 |
| --- | --- | --- | --- |
| 左 DLPFC | F3 | HD-05 的 F3 中心 4x1 HD-tDCS | F3 接触下方就是唯一受调脑区 |
| 右 DLPFC | F4 | 本地电刺激库缺少独立、完整的右 DLPFC 工程验证 | 可从左侧参数直接镜像且效果相同 |
| 双侧额叶 | F3/F4 | E002、E010、E011、E013 | 两侧场相等、方向相同或回路彼此独立 |
| frontopolar / medial PFC 邻近 | Fpz/Fp1/Fp2 | ENG-01、TACS-NEW-02 | 大额头电极能选择性刺激 mPFC |

电流还会流经回流电极、皮肤、三叉神经分支、眼周结构、颅骨、脑脊液和非目标脑区。[E023](/evidence/papers/E023) 的人体颅内测量与模型表明，完整 montage 和个体解剖决定场的幅度与方向；“电极正下方”不是可靠的场分布近似。

## 本地前额叶参数图谱

### 直接人体协议

| 证据 | 目标与完整回路 | 电极 | 输出与时长 | 状态/时机 | 观察与边界 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| [E002](/evidence/papers/E002) | F3/F4 anodes → M1/M2 mastoid cathodes | 四个 `6 cm` sponge electrodes | `5 Hz` tACS；总 `1.5 mA`，每侧 `0.75 mA`；`40 min` | 午睡前 | 部分后续 NREM 频谱变化；PSG 宏观结构和主观睡眠无差异 |
| [E010](/evidence/papers/E010) | F3/F4 anodes → A1/A2 mastoids | `8 mm` Ag/AgCl rings | `0-0.6 mA` square；`0.75 Hz`，`0.66 s on/off`；`5 x 5 min` | 连续 4 min N2/N3 后开始，块间 `1 min` | 记忆无增益；小环电极、断开式 sham，不能外推到其他慢波波形 |
| [E011](/evidence/papers/E011) | F3/F4 → T7/T8 | Starstim R32；25 EEG channels | `1.5 mA` sine，`3 mA p-p`；每次五周期 | 检测 `0.5-1.2 Hz` 慢波后预测下一 up-state；命令延迟 `5 +/- 2 ms` | 总体任务效应 null；事件数与结果的倒 U 仅为探索性关联 |
| [E013](/evidence/papers/E013) | F3/F4 → temporal/mastoid returns | 与 E011 同项目 | 每侧 `1.5 mA`；五周期闭环事件 | 全夜慢波触发 | 次日新学习较低的信号；需要预注册复制和基线平衡 |
| [HD-05](/evidence/papers/HD-05) | F3 center anode → 4 returns at `7 cm` radius | Soterix 4x1 mini-electrodes | DC `1.5 mA`；`25 min`；工作日 `10 sessions` | 白天开放环刺激 | 一个主观 PSQI 分量和静息连接变化；无 sham、PSG 或 DLPFC 直接参与指标 |
| [TACS-NEW-02](/evidence/papers/TACS-NEW-02) | 大额头 Fpz/Fp1/Fp2 → bilateral mastoids | Nexalin；接触面积和支路分流未充分报告 | `77.5 Hz`，名义 `15 mA`；`40 min x 20 sessions` | 清醒斜躺，可在刺激中睡着 | 主观 PSQI 差异；无场模型、PSG、EEG target engagement 或已报告盲法结果 |

### 工程与机制参照

| 证据 | 可用于什么 | 核心数值 | 边界 |
| --- | --- | --- | --- |
| [E023](/evidence/papers/E023) | 估计头皮电流到脑内场的数量级 | Fpz-Oz `0.25-1 mA` sine；模型在 `1 mA` 下最大约 `0.28-0.38 V/m`，95th percentile 约 `0.14 V/m` | 不是前额叶疗效阈值；最大 voxel 不代表广泛剂量或神经响应 |
| [E007](/evidence/papers/E007) | 完整剂量和历史安全边界 | 常见 `1-2 mA`；示例 `2 mA` M1-orbit 模型约 `0.35 V/m` peak cortex | 不同 montage、接触和个体不能只按 mA 等价 |
| [E025](/evidence/papers/E025) | 外周共刺激风险 | `1 mA` 时模型皮肤场可为皮层场 `20-100x`；皮肤约 `20 V/m` | 来自运动系统机制实验，不能直接确定前额叶或睡眠效果 |
| [ENG-01](/evidence/papers/ENG-01) | 额头频率-感觉图 | Fpz 等位置；`5-10,000 Hz`；最高 `2 mA peak`；`500 ms` charge-balanced sine | 低频额头更常出现视觉感觉；感觉不是皮层参与证据 |
| [ENG-02](/evidence/papers/ENG-02) | 波形与体感设计 | `2 kHz` AM sine、`0.5-2 mA p-p` 在前臂接近不可感；方波通常比 sine 更明显 | 没有测试最终额头织物 montage 或 `2.8-6.6 mA` square burst |
| [ENG-05](/evidence/papers/ENG-05) | 干/湿织物体感与热点风险 | `6 x 4 cm`；下肢 `30 Hz / 200 microsecond` 单相脉冲；干织物表 3 疼痛阈值 `3.2 +/- 0.53 mA` | 证明界面可使低总电流产生局部疼痛；阈值不能迁移为额头限值，正文与表 3 数字存在冲突 |
| [ENG-06](/evidence/papers/ENG-06) | 织物界面 DOE | `3 x 3 cm` silver-yarn knit；`5-320 microL`；约 `3 mmHg`；`20 microL` 后约 `12 min` 出现干燥漂移 | 单人前臂阻抗实验，不是额头剂量或舒适阈值 |
| [TRNS-06](/evidence/papers/TRNS-06) | 当前低强度 tES 证据覆盖范围 | total `<=4 mA`，AC `<=4 mA p-p`，`<=60 min/session`，`1-100 cm2`，`0-10 kHz` | 是证据丰富区间，不是绝对安全阈值；明确不覆盖 CES 机制与产品结论 |

## 五类参数不能混成一个 mA

### 1. 空间参数

工程规格必须画出全部输出端：

```text
target ROI
scalp coordinates for every contact
contact shape and effective area
center-to-center spacing
polarity/phase relation
per-channel current
return placement
head-model field magnitude and orientation
```

对于双额 F3/F4 方案，要说明左右通道是独立恒流源还是一个总源分流。若只有一个放大器，左右电流可能随阻抗变化而不均分。对于 4x1，要报告中心和每个 return 的实际电流，而不是只写总电流。

### 2. 波形参数

| 字段 | 必须采用的定义 |
| --- | --- |
| 幅度 | phase peak、peak-to-peak、RMS、平均绝对值；同时写总电流和每支路电流 |
| DC | steady level、ramp、极性、累计净电荷 |
| AC | waveform shape、frequency、phase relation、DC offset |
| pulse/burst | phase width、interphase gap、carrier、cycles/packet、packet repetition、duty |
| edge | rise/fall、slew、overshoot、ringing 和输出滤波 |
| session | ramp、连续/分块、block gap、总 on-time、session 数和累计交付 |

本地数据表明，`0.6 mA` square、`1.5 mA` DC、`1.5 mA` total tACS、`1.5 mA/side` closed-loop tACS 和 `15 mA` forehead-mastoid 不是同一剂量尺度。波形、幅度定义、面积和回路不同，不能排序成“越大越有效”。

### 3. 织物接触参数

我们的额头织物电极至少需要冻结：

| 参数族 | 设计字段 |
| --- | --- |
| 材料 | 导电纱/涂层、皮肤层、背面绝缘、片电阻、feed point |
| 几何 | 每个接触面积、额头曲率贴合、边缘、间距和有效接触比例 |
| 湿润 | 干/湿、介质、定量体积、施加位置、扩散屏障和补液策略 |
| 压力 | 头带张力、每接触压力、左右一致性、仰卧/侧卧变化 |
| 在线状态 | impedance magnitude/phase、每支路电流、compliance、温度、脱落 |
| 耐久 | 汗液、时间、清洁、洗涤、拉伸、涂层脱落和跨 session 漂移 |

[ENG-05](/evidence/papers/ENG-05) 证明同一织物的干湿状态可显著改变体感、疼痛阈值和局部热点；[ENG-06](/evidence/papers/ENG-06) 进一步证明液体量、离子和时间会改变阻抗。两者都只能定义风险变量，不能替产品给出额头最佳湿润量或电流。

### 4. 生物入口参数

设计评审必须选择一个主要假设，不能同时把所有路径写成解释：

| 假设 | 必须证明什么 | 最低对照 |
| --- | --- | --- |
| 直接前额叶弱场 | 个体模型中的 ROI 场和与场方向一致的前额叶生理响应 | 感觉匹配、场不同的 montage 或主动对照 |
| 额部三叉 V1 入口 | 目标三叉分支募集与后续中枢通路指标 | 相同感觉但不同神经入口，或局部路径阻断设计 |
| 感觉/视网膜间接调控 | 感觉输入本身能解释结果 | 感觉重放、眼周/非经颅对照 |
| 广义 CES 临床类别 | 具体设备在具体适应证的结果 | 不能用 CES 名称替代波形和机制 |

### 5. 时间与睡眠参数

前额叶睡眠刺激至少分为三种完全不同的时机：

* **睡前刺激**：E002 的 `40 min` 先刺激、后午睡，只测 aftereffect；
* **睡中分块刺激**：E010 在确认 N2/N3 后做固定五分钟 blocks；
* **事件闭环刺激**：E011/E013 检测慢波并只输出五周期事件。

工程记录必须包含 feature window、阈值、相位预测、处理延迟、输出延迟、lockout、最大事件数、累计 on-time、接触漂移和微觉醒。闭环时机不能修复错误的空间场，空间聚焦也不能替代正确的睡眠状态。

## 候选架构怎样比较

| 架构 | 本地证据基础 | 工程优点 | 当前风险 | 当前定位 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| F3/F4 双额 + 乳突/颞侧 return | E002、E010、E011、E013 | 与睡眠实验衔接最直接，双侧实现清晰 | 眼周/三叉共刺激、左右分流、场较广、结果不一致 | 睡眠科研基线 |
| F3 中心 4x1 HD-tES | HD-01、HD-02、HD-05 | 可做相对空间约束和模型优化 | 多接触、局部接触要求更高；低强度 target engagement 仍有限 | 前额叶空间工程基线 |
| Fpz/Fp1/Fp2 大额头 + 双乳突 | TACS-NEW-02、ENG-01 | 适合头带形态，已有临床产品先例 | 机制、支路、脑内场、体感和盲法信息不足 | 转化边界参照 |
| 额头 `2 kHz` square packet | 仅 ENG-02/03 的间接波形参照及友商记录 | 可探索低 duty 与载频体感 | 没有“额头织物 + 前额叶 + 睡眠”的直接验证 | 台架/感觉研究候选，不是疗效基线 |

不应直接从四种架构中挑电流。应先选择目标和机制，再用同一套模型、接触台架、感觉实验和 target-engagement 指标比较。

## 工程参数表应该怎样填写

每个版本必须形成一行不可缺字段的设计记录：

| 字段 | 当前状态 |
| --- | --- |
| 目标 ROI | `needs decision`：左 DLPFC、右 DLPFC、双侧或 frontopolar/mPFC |
| 主作用假设 | `needs decision`：直接场、三叉入口或感觉通路 |
| 全部接触坐标 | `needs measurement` |
| 每个接触材料/面积/压力 | `needs measurement` |
| dry/wet 与介质量 | `needs measurement` |
| 恒流/恒压、通道与 compliance | `needs measurement` |
| 波形、幅度定义和完整时域参数 | `needs decision + bench verification` |
| 每支路电流和阻抗 | `needs measurement` |
| phase charge、net charge、RMS、累计绝对电荷 | `derived from measured waveform` |
| 个体/代表性头模 ROI 场 | `needs modeling` |
| 清醒感觉和 phosphene profile | `needs approved human study` |
| target-engagement primary | `needs preregistration` |
| 睡眠微觉醒、整夜和次日终点 | `needs approved sleep study` |

## 推荐的开发顺序

1. **目标冻结**：明确左、右、双侧或 medial/frontopolar PFC，并写出生物机制假设。
2. **montage 候选**：至少比较一个 F3/F4 常规回路和一个 F3/双额 HD 回路；友商式大额头布局只作边界参照。
3. **织物 DOE**：材料 × 面积 × 压力 × 干湿 × 时间 × 运动，输出阻抗、分流、热点和温升。
4. **台架波形 DOE**：逐档测量 peak/p-p/RMS、phase charge、duty、频谱、DC offset、compliance 和故障行为。
5. **头模比较**：同一总电流下比较 ROI field、95th-percentile field、非目标场和个体变异，不只报告最大 voxel。
6. **清醒人体**：随机化比较感觉、磷光、舒适和 blind integrity，并同步记录实际输出。
7. **target engagement**：只有客观指标通过后，才进入睡眠场景。
8. **睡眠验证**：先看微觉醒和交付完整性，再看频谱、宏观结构、主观睡眠和次日功能。

## 当前结论

本地证据足以建立**工程参数体系和候选架构**，不足以给出一个已经验证的产品参数组合。当前最有证据基础的科研起点是 F3/F4 双额回路或 F3 中心 HD 回路；`2 kHz/100 Hz` 友商式 packet 可以作为台架和感觉对照，但不能因为高频或电流较大就认定它更能作用于前额叶。

继续阅读：[额头织物电极：剂量、体感与工程验证](/methods/dose-sensation-engineering)、[刺激部位与回路](/electrical/stimulation-sites)、[Target Engagement](/methods/target-engagement)、[安全与累计剂量](/methods/safety)。