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经颅直流电刺激(tDCS)参数——电流强度与电流密度

星期四, 31 7月 2014 12:48
         经颅直流电刺激(tDCS)技术中,电流强度是一个非常重要的参数。通常的经颅直流电刺激(tDCS)技术和装置也一般将电流限制在2mA以下,2mA-4mA甚至更高目前仅限于研究用途。在查看相关资料和论文的时候,我们经常会看到类似”本研究采用1mA电流“的语句来描述刺激电流。但是,仅仅只告诉这个参数的意义并不大,也不能描述清楚刺激参数,还需要考虑其它诸如电极表面积及电极位置等参数。
 
电流密度:
 
意义及计算方法:
        目前用于描述刺激强度的比较合理的方式是电流密度,通常以μA/cm2或者mA/cm2作为单位来表达,也有文献中采用A/m2作为单位。
    • μA表示0,001 mA,1mA=0.001A
    • 电流密度=电流强度÷电极表面积
    • 如采用6x6cm电极和1mA的恒流电源时电流密度为1/36= 0,027mA/cm2=27μA/cm2
    • 文献中还有用英寸inch做长度单位的,1 inch≈2.54 cm,所以 1” square=2.54 cm x 2.54 cm = 6.45 cm2
    • 目前,用于研究中用到的电极大小一般在15-100cm2范围内,最常用的是5x5cm和5x7cm的
换算关系:
       
        1A/m2 = 100μA/cm2 = 0.1mA/cm2
 请注意这几个单位之间的换算关系,甚至在一些已经发表的文献中,都存在着明显的计算或者单位换算错误。
经颅直流电刺激tDCS参数之电流密度
 
电极上的电流密度及安全性 
 
        已有研究人员在大鼠身上进行实验以确定可以引发显著大脑损伤所需的电流密度。研究表明阴极刺激时,电流密度高于142.9A/m2(此时电荷密度charge density约为52400 C/m2)时,会对大鼠造成脑组织损伤。这(14,2mA/cm2 ) 大约比目前采用的电流密度的高两个数量级。目前常用的tDCS参数所产生的电流密度在0.029至0.08mA/cm2之间。一些HD-tDCS的实验用到500uA/cm2甚至是2000μA/cm2也都没有造成损害(请注意:这些研究采用了特制电极,导电膏和皮肤准备措施)。对于普通的tDCS研究,除非有关于安全性的更多证据,一般都不建议超过80uA/cm2(相当于采用2mA电流和5x5电极)。另外,还需要注意区分不同电流密度对大脑和皮肤可能造成的不同伤害。更高的电流密度也不一定意味着更好的效果。关于142.9A/m2这个值也需要更多的信息,目前的验证信息还很有限,而且如果不知道确切的测量方法,结果甚至可能相差若干数量级。
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