神经电刺激技术发展至今，经历了漫长的时间。可以说，此项技术的起源与人类对“电”的认识密不可分。最初人的认识水平粗浅，只注意到闪电能够引起巨大声响和火灾，人一旦触碰到电鳐会引发剧烈疼痛。据传公元前46年，罗马的一位受痛风折磨的奴隶无意间碰到活的电鳐，遭受了电击，电击过后，他的疼痛却明显减轻了，他将这一经过汇报给当时的皇帝Claudius，从此皇帝的医官ScriboniusLargus建议用电鳐放电来治疗慢性疼痛。这是最早应用电刺激治疗神经疾病的传说。1774年，伟大的科学家和政治家本杰明·富兰克林通过风筝“收集”闪电，描述了电流经过人体会导致人晕厥、肌肉收缩等现象，这就是科学史上著名的“费城风筝实验”，富兰克林也是最早揭秘电流对人体作用现象的科学家之一。1804年，Aldini发现了用直流电刺激新鲜尸体的面神经，能够诱发尸体面部肌肉的收缩。1824年，Flourens对活体动物进行交流电刺激，未能诱发皮层的兴奋，但却发现电刺激脑干能够导致动物肢体活动，故此认为脑干是控制肢体活动的部位。这一错误认识直到1870年，学者Fritsch和Hitzig在动物实验中观察到不同强度的电刺激狗的大脑运动皮层能够诱发其对侧上肢的活动乃至全身的强直阵挛发作，才提出电刺激能够诱发大脑皮层兴奋引起肢体活动。1855年，法国的Guillaume Duchenne医生首次报道通过经皮穿刺对膈神经进行电刺激，为患者进行人工辅助呼吸。首次对人活体进行大脑皮层电刺激是在1874年，美国Roberts Bartholow医生为一位头皮化脓性溃疡合并颅骨骨髓炎的患者实行清创术后，首次对裸露的大脑顶叶皮层进行了电刺激并诱发了对侧肢体肌肉收缩，该实验在人体上证实了电刺激能够诱发皮层兴奋性引起肢体运动。1884年，被誉为功能神经外科之父的Victor Horsley爵士第一次正式在术中实行了皮层电刺激研究，他描述了对1例患者施行枕叶脑回电刺激，诱发了患者眼球的共轭运动。1886年，Victor Horsley爵士在切除患者的脑部肿瘤之后，应用术中电刺激，确认了该患者运动皮层手区的位置，并确认此区为致痫灶，施行了切除术，这是首次应用术中电刺激为指导进行的手术。1909年，Cushing教授对一位术中清醒的患者施行了中央区电刺激诱发了对侧肢体的运动。20世纪早期的电刺激研究热潮引发了巨大的商机，当时一些制造商生产了体外电刺激器，并有医生和患者宣称这种体外电刺激能够引起愉悦感，甚至能够治疗多种疾病，提高智力等，这就是最初的经皮电刺激系统。虽然早期的经皮电刺激系统饱受争议，但是这一类仪器的出现为后来更高级的体内植入式电刺激系统的发明奠定了基础。

在20世纪前半叶，以Cushing为代表的医学家们主要借助皮层电刺激技术进行脑功能区的定位，开启了研究脑功能的大门，使人们对大脑皮层的功能解剖及神经网络联系有了突破性的认识。而对皮层下结构的神经核团的认识是在立体定向系统发明之后开始的。1908年，Victor Horsley和Robert Henry Clarke教授首次研发了动物立体定向头架，并开始了动物的脑部立体定向手术的尝试。Horsley和Clarke教授那时就提出了头部中线、外耳道、眶下嵴等重要的颅骨解剖参考点的概念，并且成功进行了动物的小脑皮层和皮层下结构的电刺激和直流电毁损实验，观察到了前人从未见过的现象，其详细的实验经过及结果成为了当时著名的科学成果。1947年，在Horsley和Clarke教授发明立体定向仪之后的39年，Spiegel和Wycis教授描述了首个比较完善的人脑立体定向手术头架系统，并在1950年首次通过立体定向技术为一位亨廷顿舞蹈症（一种肌张力障碍疾病）的患者施行了脑内苍白球和丘脑背内侧核团注射微量酒精的毁损手术，并对控制患者的肢体震颤取得了一定效果。不久，脑内局部注射微量酒精毁损术很快就被通过植入电极对大脑核团进行电流毁损的手术所取代。

在Spiegel和Wycis教授应用立体定向手术治疗肌张力障碍以前，Leriche在1912年也曾报道应用颈神经根切断手术治疗PD的方法，当时学者们主要进行锥体系统（运动皮层、颈髓、大脑脚等）的手术以期缓解震颤、僵直等帕金森病症状。Meyers于1951年应用苍白球纤维离断术较好地缓解了帕金森患者的症状。看到锥体外系手术的良好效果，众多科学家也很快借助立体定向技术开始对人脑皮层下结构进行电刺激，用以发现皮层下神经核团的位置、功能以及神经网络的功能。20世纪50年代以后，立体定向手术成爆发性增长，不同核团的毁损手术（如苍白球、丘脑切开术、扣带回切开术、尾状核下纤维离断术）治疗以帕金森病为代表的锥体外系疾病及精神疾病的报道也越来越多，欧洲和加拿大的手术数量还超过了美国。虽然毁损手术过程中需要常规通过电极对脑周围结构进行电刺激，用以确认电极的位置，但当时很少有人注意观察电刺激时患者症状的变化情况，直到1960年，Hassler教授在对帕金森病患者的丘脑腹中间内侧核（ventrointermediusnucleus，Vim）进行微电流刺激时，发现电刺激也可以缓解患者肢体震颤的症状，其效果与核团毁损手术接近。1964年，Spiegel和Wycis等人在给一部分帕金森病、肌张力障碍的患者进行立体定向核团毁损手术过程中，也发现电刺激皮层下结构时部分患者肌张力障碍症状明显改善。很快学者们开始认识到，术中脑内电刺激不但可以加重患者震颤、不自主运动等症状，而且还可以抑制和改善患者症状，而电刺激这种作用与电极所处的位置、电刺激频率等参数都有很大关系，似乎存在高频电刺激能够抑制震颤等症状而低频电刺激会加重症状的倾向。Riechert曾报道术中对患者施行50Hz电刺激诱发癫痫，故明确指出电刺激治疗的频率应＞50Hz。鉴于毁损手术会对人体造成严重的不可逆的损伤，科学家们开始对损伤轻微的、可逆的电刺激治疗肌张力障碍进行了越来越多的研究和尝试。虽然对人脑及脊髓的电刺激研究日益成熟和完善，但在上世纪60年代以前，由于科技发展的制约，可植入式电刺激器还没有问世，因此医生需将刺激电极植入患者体内（大脑或脊髓）特定的位置，而电极尾端置于患者皮肤以外，间断地连接刺激器达到缓解疼痛和治疗震颤的目的，但电极移位、伤口感染等并发症在所难免，所以那时的慢性电刺激无法达到长期治疗的要求，手术仍以核团毁损手术为主。1954年氯丙嗪的问世及1968年左旋多巴药物的问世为精神疾病及帕金森病的治疗带来了巨大变革，由于药效显著，多数患者选择了药物治疗，外科手术治疗精神疾病及帕金森病出现了空白期。1992年，Laitinen教授对帕金森病患者实行苍白球腹后部切开术，成功地改善了患者的运动迟缓和运动障碍症状，手术效果十分明确。随着美多芭药物长期作用的下降及副作用，如运动症状波动、开-关现象的显现，美多芭神话破灭，而这一手术的成功使神经外科医生对立体定向手术治疗PD的热情重新点燃。随后近10年的时间里，神经外科医生们较多地应用丘脑Vim核切开术治疗帕金森病患者的震颤症状，应用苍白球切开术治疗患者的运动迟缓和运动障碍症状。

1965年，Melzack和Wall's发表了《疼痛的门控理论》，其理论假说认为疼痛传导通路位于脊髓后角，某一脊髓节段的轻触觉、振动觉等无害刺激信号的传入，尤其是对脊髓后角的刺激信号传入，能够抑制甚至消除该节段以下疼痛刺激的传入。有了疼痛门控理论的支持，学者们开始研究对脊髓后索进行“无害性的”电流刺激，用以缓解疼痛。1964～1967年间，应Norm Shealy医生的要求，工程师Tom Mortimer在美敦力（Medtronic）公司首席技术总监Norm Hagfors的指导下基于心脏起搏器的工艺，成功研发了植入式脊髓后柱电刺激器。1967年10月，Norm Shealy医生为1例癌痛患者植入了这套设备，完成了首例脊髓电刺激手术（spinal cord stimulation，SCS）并达到了满意的治疗效果。1968年，植入式脊髓电刺激器正式商业上市，这一发明的问世标志着神经调控学的诞生。随后大量的疼痛患者接受了脊髓电刺激手术。在治疗疼痛的患者时，Cook和Dooley医生发现SCS能够缓解肌张力异常增高患者的症状，随后SCS被广泛应用于肌肉痉挛症的治疗。1972年，Nashold教授报道应用SCS改善患者膀胱功能障碍；1976年，SCS还被发现能够改善外周血流，随后被应用于治疗外周血管供血不足的患者。SCS也成为历史最悠久、使用频率最高的神经调控手术。此后，陆续研发出了可植入人体进行脑深部电刺激的脉冲发生器，并逐渐在临床推广应用。

随着植入式脑深部电刺激设备的问世，美国的Brice和McLellan教授最早报道完成植入式脑深部电刺激（deep brain stimulation，DBS）手术。他们于1980年通过丘脑腹外侧核DBS手术成功地为一位多发硬化的患者解决了意向性震颤的症状。1986年，Siegfried教授发现DBS能够明显改善运动障碍患者肌张力增高的症状。1987年，法国Benabid教授报道了丘脑Vim核团慢性电刺激成功治疗帕金森病患者肢体震颤的研究，正式开创了慢性DBS治疗PD的先河。随着时间的进展，毁损手术尤其是双侧核团毁损的副作用逐渐显露出来，一些接受毁损手术的帕金森病患者术后几年陆续表现出比较明显的声音嘶哑、构音障碍、饮水呛咳及更加严重的运动障碍等。而DBS手术具有手术风险低、微创、可调控、可逆、并发症小等优势，并且随着现代计算机技术和神经影像学的发展、立体定向头架的完善、脑深部电信号记录系统的优化，神经外科医生能够更加准确地将电极植入脑内的准确位置，提高了治疗效果，并且随着工艺的提高，脉冲发生器的产品质量大幅度提升，从最初的体内脉冲接收器+体外脉冲发生器的形式演变成全植入式设备，并且体积明显减小，使用寿命显著延长，患者对仪器的耐受性大大提高。法国的Benabid教授极力倡导DBS手术，为DBS手术的推广作出了极大的贡献，越来越多的神经外科医生更加青睐DBS手术而非毁损手术治疗帕金森病。早期的DBS治疗PD的刺激靶点与之前毁损手术的靶点相同，都是苍白球和丘脑Vim核，手术疗效相当，但DBS手术不良反应明显减少。随着对DBS治疗研究的深入，1994年，Grenoble等证明丘脑底核（subthalamic nucleus，STN）电刺激亦能够明显缓解帕金森病患者的震颤、僵直、运动迟缓症状。因此，目前治疗PD的主要刺激靶点包括STN、Vim和苍白球内侧部（globus pallidusinterna，GPi）。由于DBS手术的可靠、安全、有效性逐渐被认可，1997年，美国食品药品管理局（FDA）批准Vim-DBS用于治疗特发震颤及帕金森病震颤，2003年批准STN-DBS及GPi-DBS治疗帕金森病。此后，DBS手术还被推广用于治疗多种肌张力障碍疾病如扭转痉挛、痉挛性斜颈、Meige综合征及一些精神疾病如抽动秽语综合征等。目前，DBS手术已经代替毁损手术成为外科治疗PD的首选方法。我国在1998年8月先后在北京天坛医院和安徽省立医院开展了DBS治疗帕金森病的手术。全球现已有超过14万人接受了DBS手术，在我国接受DBS手术治疗的患者已经超过8000例。

从1968年左旋多巴问世到90年代大量应用Vim、GPi、STN-DBS治疗帕金森病这段时间，DBS还曾经被较多地用于治疗慢性疼痛的研究。Yoshio Hosobuchi教授于1973年报道了利用慢性电刺激感觉丘脑缓解患者顽固性疼痛，1977年，Akil教授报道通过室旁区电刺激治疗疼痛，并且认为这一作用是通过促进大脑内啡肽的释放而达到缓解疼痛的目的。但是由于Medtronic公司发起的多中心的临床试验未能得到所希望的缓解率，FDA于1989年撤销了DBS治疗慢性疼痛的许可，故DBS未能大量应用于疼痛的临床治疗。

尝试将DBS手术用于治疗癫痫已有很长的历史。早在1978年，有学者报道从硬膜下刺激小脑可以减少癫痫的发作频率。1985年，Cooper等人首次选择丘脑前部作为靶点埋置电极，进行慢性电刺激治疗癫痫，尽管临床病例不多，但其治疗效果是令人鼓舞的。在DBS治疗顽固性癫痫的尝试中，Velasco教授于1987年尝试刺激丘脑中央中核、2000年尝试刺激海马治疗癫痫，取得了一定的效果。目前，丘脑前核（anterior thalamic nucleus，ANT）慢性电刺激治疗癫痫是研究热点，一项国外大规模的多中心临床试验（SANTE实验）已经报道ANT-DBS治疗癫痫有效。此外，一些学者还在尝试其他可能的刺激靶点治疗癫痫，包括丘脑中央中核、丘脑底核、小脑和尾状核等。2013年，欧盟和加拿大批准DBS用于治疗癫痫。

早在20世纪80年代，学者们就发现经皮刺激迷走神经分布区能够减少癫痫发作。1985年，Zabara教授通过动物实验证实迷走神经电刺激能够减少狗的癫痫发作。1988年，美国Texas Cyberonics公司研制出植入式迷走神经刺激器；同年，Penry等人首次在临床上应用迷走神经电刺激（vagus nerve stimulation，VNS）治疗癫痫患者，取得了满意的疗效。1997年，美国FDA正式批准VNS可以作为成人和12岁以上青少年顽固性癫痫部分发作的辅助治疗方法。此后，VNS还被证实能够明显改善重度抑郁患者的心境。由于VNS手术操作简单，损伤小，患者恢复较快，更容易被患者接受，1997年至今，全球范围内已经有超过13万例癫痫患者接受了VNS治疗。