本文探讨了联合使用经颅磁刺激（TMS）与功能性磁共振成像（fMRI）以研究脑刺激对默认网络影响的方法学及相关注意事项。
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本文内容
摘要
摘要
默认模式网络是一组脑区，当个体未专注于外部世界且大脑处于“清醒静息”状态时，这些脑区会变得活跃。1,2,3 人们认为，默认模式网络与自我参照或“内在思维”相关。2,3
已有假说认为，在人类中，默认模式网络内的活动与某些病理状态相关（例如，该网络的过度激活已被关联到精神分裂症4,5,6和自闭症谱系障碍7，而其激活不足则与阿尔茨海默病及其他神经退行性疾病相关8）。因此，对该网络进行非侵入性调节可能为多种与网络异常激活相关的神经及精神疾病提供潜在的治疗干预手段。一种可能实现这种调节的工具是经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation）：这是一种非侵入性的神经刺激与神经调控技术，可通过施加局部磁脉冲，暂时或持久地调节皮层兴奋性（使其升高或降低）9。
为了探究默认模式网络对调节的倾向性及其耐受性，我们将结合经颅磁刺激（TMS，靶向左侧下顶叶）与功能磁共振成像（fMRI）进行研究。本文将详细阐述成功整合这两种神经科学技术所需的实验方案及注意事项。
方案
1. 准备
- 首先，获取受试者的基线解剖扫描图像。该步骤应在实际实验前数天完成。
- 接着，将扫描图像导入无框架立体定向软件系统中。
- 最后，定位并确定刺激靶点坐标。本例中，靶区为左侧下顶小叶。
2. 初始扫描
- 实验当天，受试者将再次从 MRI 机器中开始实验。
- 首先进行解剖扫描。
- 接下来进行三次功能性实验扫描。本实验中的任务非常简单：在受试者的中央视野中呈现一个注视点，受试者只需被动地凝视该点即可。
3. 经颅磁刺激准备
- 由于重复经颅磁刺激（rTMS）的效果是暂时的，因此在结合TMS与fMRI时时间至关重要。必须在刺激结束后尽快将受试者重新送回扫描仪中。鉴于此，建议使用便携式TMS设备，并将其安置在紧邻或尽可能靠近扫描室的房间内。本实验中，我们在扫描室隔壁的观察间内使用了一套便携式设备。
- 将受试者的预定位基线MRI图像载入立体定位软件系统。
- 最后，将刺激线圈与立体定位设备连接并进行校准——在本例中，我们将对准一组红外传感器，以确定线圈的中心位置。
4. 确定经颅磁刺激参数
- 受试者到达后，让其舒适地坐在椅子上。
- 接下来，使用立体定位设备校准受试者的头部。本实验中，我们将使用红外传感器记录多个定位基准点：双耳、鼻尖和鼻根点。
- 确定受试者的静息运动阈值。
- 若要兴奋受试者的皮层，需将经颅磁刺激（TMS）设备设置为20 Hz频率，刺激强度为运动阈值的110%；若要抑制受试者的皮层，则将TMS设备设置为1 Hz频率，刺激强度同样为运动阈值的110%。尽管在完整的研究过程中需对这两个参数进行系统性探索，但本文仅讨论20 Hz的兴奋性重复经颅磁刺激（rTMS）序列。
- 最后，设置刺激模式为每2秒一组刺激，间歇期为28秒。
5. TMS 刺激
- 在刺激开始前，需先让受试者做好准备，以便在经颅磁刺激（TMS）后直接进入扫描仪。准备工作包括移除所有金属物品，并确保受试者已使用过洗手间。
- 将线圈与头皮呈切线方向放置，使用立体定位设备定位并确定受试者的刺激靶点。
- 开启仪器的线圈冷却系统。
- 开始刺激！本实验方案共进行45次刺激序列。每次刺激持续2秒，间隔28秒，总刺激时间为23分钟。
6. 返回扫描仪
- 刺激结束后，应尽快让受试者重新进入扫描仪。为使这一过程尽可能顺畅，请确保扫描仪已准备就绪。建议抬高扫描仪的体位平台，并将定位扫描的次数和持续时间减少到最低限度。
7. 最终扫描
- 由于重复经颅磁刺激（rTMS）的效果是暂时的，最后一次扫描应首先进行功能成像。我们仍将进行三次、每次6分钟的被动注视功能扫描。
- 实验扫描完成后，再进行解剖像扫描。
8. 典型结果
图1. 数据表明，对左侧下顶叶皮层施加20 Hz的rTMS刺激虽然增强了局部兴奋性，但会降低默认网络内的功能连接。
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讨论
进行离线 TMS/MRI 实验时，最重要的考虑因素可能是从刺激部位到 MRI 扫描室的快速且顺畅的过渡。因此，值得重新审视前述若干有助于实现这一过渡的建议。第一：使用便携式 TMS 设备，并将其安置在尽可能靠近 MRI 扫描室的位置。第二：规避 MRI 设备中预设的任何自动待机或类似机制。第三：确保在受试者完成 TMS 刺激之前，已将扫描平台升起并加载好刺激材料。最后，第四：切勿独自完成所有这些工作。每次实验至少应有两名研究人员同时参与，分别负责 TMS 部分和 MRI 部分。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 配备 fMRI 功能的 MRI 设备（视频中所示为 Philips） | |||
| 具备重复刺激能力的 TMS 设备（视频中所示为 Magstim） | |||
| 无框架立体定位设备（视频中所示为 Brainsight） | |||
| 耳塞 | |||
| 受试者刺激时使用的座椅 | |||
| 背投屏幕或与 MRI 兼容的护目镜 | |||
| 空白刺激屏幕 |
参考文献
- Raichle, M. E., MacLeod, A. M., Snyder, A. Z., Powers, W. J., Gusnard, D. A., Shulman, G. L. A default mode of brain function. Proc. Nat. Acad. Sciences. 98 (2), 676-682 (2001).
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