前言

對于日益增長的神經疾病來說，神經電刺激是一種既定的治療方法，同時它的應用也正在醞釀面對更多種類的疾病。沿著這個方向發(fā)展，就需要安全、可靠并具有外形小特點的神經刺激裝置。這類裝置的設計需要多學科的方法，綜合考慮來自神經學、生理學、電化學和電學角度的需求。

電刺激的概念通常從兩個不同的方向來實現。一個開始于神經元，并且詢問需要什么樣的信號來實現所需要的神經調控。這個方向通常計算基于電極配置、施加的電場以及所考慮神經元的物理特性的神經響應。另一個開始于刺激器，并且詢問什么樣的電路技術可以用來實現刺激信號。這個方向的典型特征是關注功率效率、安全性（例如電荷消除）以及可擴展性（例如輸出端的數量）。

這兩種方法似乎彼此孤立。第一種方法通常不知道如何將最佳的波形轉化為電路。同樣地，第二種方法往往不知道如何替代電路拓撲結構以影響神經激活機制。

兩種方法的結合將是更好的解決方案：什么樣的信號既可以高效地激活神經又可以高效地以電路實現？這本書的目的即是幫助神經刺激電路設計者以這樣的方法呈現完整的刺激序列：從神經刺激器下傳到發(fā)生激活（或抑制）的神經元細胞膜。通過了解這個完整的鏈，即能夠設計新的刺激器架構，也可以理解對神經刺激非常重要的安全方面的問題。書中給出了一些新方法的例子，包括對安全性、電化學穩(wěn)定性和刺激器架構的考慮。

采取與以往根本不同方法的缺點之一是工作通常很難得到科學界的認可。下面的故事很好地說明了這一點并值得分享。1892年，荷蘭烏得勒支的科學家Jan Leendert Hoorweg在期刊Archiv fr die gesamte Physiologie des Menschenund der Tiere (the contemporary Pflgers Archiv)發(fā)表了大膽的學術論文。他研究了帶電電容器能刺激人體肌肉收縮的條件。他發(fā)現由著名的電生理學之父Emil du Bois-Reymond提出的基本關系似乎無效。1845年，Emil du Bois-Reymond建立了公式?(t)=F［di(t)/dt］，假設瞬態(tài)的肌肉運動?(t)依賴于刺激電流的瞬態(tài)變化。

Hoorweg對來自參考文獻[2]的經驗證據并不滿意，他進行了一系列系統(tǒng)的實驗并發(fā)現這個關系不僅獨立于di(t)/dt，而且和使用的刺激電路參數如電容、電阻和電壓相關。他根本不同的觀點引起了學術界很大的恐慌，許多著名的科學家，如Eduard Pflger,都斷然否定了他的觀點而沒有做任何進一步的證明。

又過了9年，直到1901年，Georges Weiss建立了刺激電荷與間期的關系，表明Hoorweg的測量實際上是正確的。1909年，Louis Lapicque改寫了參考文獻[10]（第2章），形成了著名的強度時間曲線并成為目前神經刺激領域的一條基本原則。

發(fā)現Hoorweg的故事給了我一種奇怪的滿足感，不僅僅是因為最終證明他的想法是正確的，而且更主要是因為它表明即使是在今天，說服科學界考慮替代方法依然是困難的。在我多年的研究中，我也曾經歷過，要說服社會至少允許其他想法進入這個領域并不總是那么容易。

感謝我周圍的人，讓我能夠繼續(xù)推進和證明本書中提出想法和概念的有效性和實用性。在這方面我要感謝代爾夫特理工大學的生物電子學分部：能成為這群人的一部分是一種榮幸。此外，作為SINs聯(lián)盟的一部分，我很高興與其他幾個研究組的合作讓我體驗到這一研究領域的多學科特色。這里我要提到的是鹿特丹的伊拉斯姆斯大學神經科學系，以及奧塔哥大學和安特衛(wèi)普大學的神經外科。

最后，我想感謝我生命中最重要的人：我的妻子邱琳和女兒丹婭。是你們給了我完成工作和這本書所必需的力量和支持。

董興成（Marijn van Dongen）

奈梅亨，荷蘭