神经调控是指借助光、电、磁、声等手段,对神经元活动进行干预的技术,在解析大脑神经环路、治疗大脑神经疾病以及神经康复等领域具有重要的研究和应用价值。目前,主流神经调控技术包括:深部脑刺激、经颅电刺激、经颅磁刺激、光遗传刺激、超声神经调控等,而近年来发展的一种称为时间干涉(temporal interference,TI)刺激的新型无创神经电刺激技术,原理是两组互不干扰的高频交流电共同作用于大脑,在大脑深部形成一个慢波包络刺激脉冲对神经元干预,相比于传统经颅电刺激技术,该技术有可能实现更加聚焦的大脑无创深度神经调控,针对未来个性化、穿戴式无创神经调控类医疗电子的应用场景,具有很大的研究和医疗应用价值。但目前尚无针对该技术实现的微型化、集成度高,同时兼具大脑神经活动记录的闭环神经调控的系统解决方案。要实现基于时间干涉刺激同时结合大脑神经活动记录的闭环神经调控系统,不仅要实现闭环控制,还要集成两个功能:(1)基于多通道电刺激的神经调控;(2)通过记录大脑神经活动,达到神经状态反馈的目的。采集脑电图(electroencephalogram,EEG)是获取大脑状态的常用方式之一,技术成熟,被广泛运用于临床大脑疾病诊断,并且实现简单,精准度高。因此,本课题了设计一套穿戴式多通道脑电记录结合神经刺激系统,主要研究内容包括:(1)提出了基于数字频率合成的无创深部脑刺激技术:以数字频率合成为核心输出高频交流信号,经过差分放大抑制共模噪声,低通滤波减小高频噪声,反相电流驱动平衡电荷,实现无创深部脑刺激设备的微型化,可以进一步扩大无创深部脑刺激的在科研、医疗领域的运用。同时也能实现对两个脑区的经颅交流电刺激,以不同脑区的频率耦合的方式提高大脑神经调控的效率。(2)提出了多通道脑电记录结合神经刺激技术:融合了多通道脑电记录以及神经刺激,通过以无创的方式记录多通道脑电数据,分析后获取大脑多个脑区的神经活动状态,同时也能以无创的方式对多个脑区施加神经刺激,解决了传统开环神经调控技术的盲目性,实现实时性好、精准度高的神经刺激。(3)实现了可穿戴式多通道脑电记录结合神经刺激系统:包括硬件、嵌入式软件、上位机软件,系统硬件的设计采取模块化设计,分为控制模块、脑电采集模块、电刺激模块、无线通信模块、电源管理模块,以嵌入式微控制器STM32为核心,使用前端放大器ADS1299采集多通道脑电,信号发生器输出多通道交流信号,同时使用无线数据通信,并且通过功耗控制、电路集成等技术实现了系统的可穿戴性,最后的系统体积为5.7cm*4cm;系统的嵌入式软件基于微控制器STM32编写,完成电刺激、脑电采集、功耗控制等功能;系统的上位机软件完成与硬件的功能交互,该软件使用分层结构设计,使用visual studio 2015上的WPF(Windows Presentation Foundation)框架实现软件的交互层,使用C#语言实现软件的逻辑层。该系统不仅弥补了目前无创深脑刺激技术的不足,实现了无创深脑刺激技术的微型化,也实现了闭环、个性化神经调控的前提。在完成系统研发后,本文对系统实现的功能进行初步验证,包括多通道脑电数据采集以及多通道电刺激,在人体上进行了脑电采集相关实验,验证了脑电采集功能的完成;在纯电阻电路、水溶液环境以及小鼠实验中分步进行电刺激相关测试,验证了电刺激功能的完成,最后通过真实人脑MRI(Magnetic Resonance Imaging)数据建立进行仿真模型系统,完成了TI仿真实验,为日后的真实人脑头模型的实验提供了基础,为未来的大脑疾病诊疗提供一个安全可靠、成本低廉、效果优良的技术方案。