《Brain Stimulation》：A nonlinear relationship of evoked responses following charge-balanced single-pulse electrical stimulation with varying pulse widths.
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本研究针对神经调控疗法中刺激参数与神经响应关系不明确的问题，通过单脉冲电刺激（SPES）系统探索脉冲宽度（PW）对前扣带回皮层（ACC）及眶额叶皮层（OFC）诱发电位的影响。研究发现，在电荷量恒定的条件下，中等脉冲宽度（80 μs）可诱发最强烈的神经响应，且该效应具有距离依赖性，为精准靶向不同神经纤维群提供了新思路。成果发表于《Brain Stimulation》，对优化神经精神疾病治疗策略具有重要参考价值。
在神经科学和神经病学领域，脑深部电刺激（DBS）和神经调控技术已成为治疗帕金森病、癫痫、抑郁症等难治性神经精神疾病的重要手段。然而，这些疗法的临床效果仍存在较大个体差异，部分原因在于刺激参数的选择缺乏精准的理论指导。刺激波形中的脉冲宽度（Pulse Width, PW）是影响神经组织激活状态的关键参数之一：通过调节脉冲宽度，不仅能改变注入组织的总电荷量，还可能选择性激活不同直径的神经纤维，从而影响治疗窗口和副作用。但脉冲宽度与神经响应之间的具体关系，尤其在人类活体大脑中，尚不明确。
为此，研究团队以接受颅内监测的耐药性癫痫患者为对象，在前扣带回皮层（Anterior Cingulate Cortex, ACC）和眶额叶皮层（Orbitofrontal Cortex, OFC）施加电荷平衡的单脉冲电刺激（Single-Pulse Electrical Stimulation, SPES），系统比较三种脉冲宽度（50 μs、80 μs、120 μs）对神经诱发响应的影响。该研究发表于《Brain Stimulation》，不仅揭示了脉冲宽度与响应强度之间的非线性关系，还发现了该关系随刺激-记录点距离变化的规律，为个体化神经调控策略的制定提供了重要依据。
关键技术方法包括：基于立体定向脑电图（sEEG）的颅内信号记录；电极触点定位与脑区标注采用HCPex-XTRACT联合图谱；通过线性混合效应模型分析脉冲宽度、距离与响应指标（如Robustness Ratio, RR和峰值振幅）的关系；使用置换检验生成模拟噪声波形以评估响应稳健性。
3.1. 脉冲宽度调控诱发非线性响应
研究人员在ACC区域施加三种脉冲宽度的SPES，记录711对刺激-记录点的神经响应。结果显示，80 μs脉冲宽度诱发的响应稳健性（RR）和峰值振幅均显著高于50 μs和120 μs条件，呈现出明显的非线性关系。这一趋势在患者个体和刺激位点层面均高度一致，说明中等脉冲宽度在激活ACC相关神经环路时具有最优效率。
3.2. 响应空间分布呈现距离依赖性
通过线性混合效应模型分析，研究发现响应强度随刺激-记录点欧氏距离的增加而衰减，但衰减斜率因脉冲宽度而异：短脉冲宽度（50 μs）条件下响应随距离衰减最缓，提示短脉冲更有利于激活远距离连接。进一步分析显示，偏好短脉冲的记录点多位于较远位置，可能与大型直径纤维的长程投射特性有关。
3.3. 脉冲宽度效应在OFC刺激中具普遍性
在OFC区域进行的验证性实验重复了ACC中的主要发现：80 μs脉冲宽度诱发的响应最强，且短脉冲在远距离连接中表现更优。尽管OFC样本量较小，但结果的一致性表明脉冲宽度的非线性效应可能适用于多个前脑区域。
3.4. 响应潜伏期受脉冲宽度调控
研究人员还分析了响应峰值潜伏期与脉冲宽度的关系。发现在晚期响应窗口（>80 ms），短脉冲宽度（50 μs）条件下的潜伏期显著长于中、长脉冲条件，提示脉冲宽度可能通过影响神经传导路径的激活时序，进一步调节网络层面的信息传递。
综合讨论指出，脉冲宽度通过调节激活神经纤维的直径选择性影响诱发响应：短脉冲偏好大型纤维（多见于长程连接），长脉冲倾向于激活小型纤维，而中等脉冲可能同时招募多类纤维，从而产生最强响应。这一发现为DBS和神经调控疗法中参数优化提供了理论支持——若治疗目标为局部或中程环路，中等脉冲宽度或为较优选择；若需靶向远距离通路，则可考虑短脉冲策略。
本研究首次在人类活体大脑中系统揭示脉冲宽度与诱发电位间的非线性关系，并强调参数优化对精准神经调控的重要性。未来研究可结合患者特异性影像与计算建模，进一步阐明脉冲宽度调控的细胞机制，推动个体化神经治疗的发展。
