本文所述方案适用于采用皮层内兴奋性测试-重测设计范式的经颅磁刺激-脑电图（TMS-EEG）研究。该方案旨在获得可靠且可重复的皮层兴奋性测量指标，用于评估与神经精神疾病（如重度抑郁症）治疗中治疗干预相关的神经生理功能。
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本文内容
摘要
摘要
经颅磁刺激（TMS）是一种非侵入性方法，通过短暂、随时间变化的磁场脉冲在皮层中诱发神经兴奋。皮层激活的启动或其调节取决于被激活皮层区域神经元的背景激活状态、线圈的特性、其相对于头部的位置和方向。结合同步脑电图（EEG）和神经导航技术的经颅磁刺激（nTMS-EEG）能够以可重复的方式评估几乎所有皮层区域的皮层-皮层兴奋性和连接性。这一进展使nTMS-EEG成为一种强大工具，可在临床试验所需的重测-再测范式中精确评估脑动态和神经生理学。该方法的局限性包括会掩盖刺激后初始脑反应的人工伪迹，因此在去除伪迹的过程中可能同时丢失有价值的信息。此外，背外侧前额叶（DLPFC）刺激的最佳参数尚未完全明确，目前的方案多借鉴自初级运动皮层（M1）刺激的范式。然而，不断发展的nTMS-EEG设计有望解决这些问题。本文介绍的方案提出了一些针对DLPFC刺激以评估神经生理功能的标准操作流程，可用于接受经颅直流电刺激（tDCS）、重复经颅磁刺激（rTMS）、磁抽搐治疗（MST）或电休克治疗（ECT）等治疗的难治性精神疾病患者。
引言
经颅磁刺激（TMS）是一种神经生理学工具，可通过快速、随时间变化的磁场脉冲无创评估皮层神经元活动1。这些磁场脉冲在刺激线圈下方的浅层皮层中诱导产生微弱电流，导致细胞膜去极化。随后的皮层激活或调节效应与线圈的特性、其相对于颅骨的角度和方向直接相关2。线圈释放脉冲的波形以及神经元的基线状态也会影响最终的皮层激活效果3。
经颅磁刺激（TMS）可通过诱发行为或运动反应，或通过中断与任务相关的脑内处理过程，来评估皮层功能。皮质脊髓通路的兴奋性可通过记录单脉冲TMS作用于运动皮层时诱发的肌电图（EMG）反应进行评估；而皮层内兴奋性机制（皮层内易化，ICF）和抑制性机制（短时程与长时程皮层内抑制，SICI和LICI）则可通过双脉冲TMS进行探测。重复性TMS可干扰多种认知过程，但主要被用作多种神经精神疾病的治疗工具。此外，将TMS与同步脑电图（TMS-EEG）结合，可用于评估皮质-皮质间的兴奋性与功能连接4。最后，若TMS施加过程中采用神经导航技术（nTMS），则可精确记录刺激的确切位置，从而实现可靠的重复测试范式。大脑皮层的大部分区域均可被定位并刺激（包括那些不产生可测量的生理或行为反应的区域），因此可实现对皮层功能的系统性定位 mapping。
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方案
本文所述所有实验程序均已获得本单位伦理委员会批准，符合《赫尔辛基宣言》的指导原则。
1. 用于神经导航经颅磁刺激—脑电图的头部注册
- 为每位受试者获取高分辨率的全脑T1加权结构MRI图像。按照神经导航设备制造商的指南进行扫描。
- 将图像上传至导航系统。检查MRI图像是否正确扫描。选择基准点（耳前点、鼻根点和鼻尖）。根据解剖结构或头部坐标（MNI或Talairach坐标）插入刺激靶点。
- 放置头部追踪器，确保其在刺激过程中不会移动，并允许TMS线圈自由移动。在开始注册前，让受试者佩戴耳塞。
- 将受试者的头部与3D MRI模型对齐。使用数字化笔触碰受试者头部，对应于MRI图像序列中选定的基准点。在头部的顶叶、颞叶和枕叶区域选择并标记额外的点，以降低这些区域的注册误差。
- 验证注册结果。将数字化笔放置在受试者头部，检查其在计算机上的显示位置。如果其未对准MRI中的相应位置，则重复步骤1.4。
- 校准正在使用的TMS线圈（某些系统中此步骤不需要）。
- 将追踪器安装到线圈上。
- 将线圈放置在校准块上，确保所有追踪器均可被摄像头看到。
- 按下计算机屏幕上的校准按钮，并保持线圈在校准位置5秒。
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结果
图1A展示了来自一名健康志愿者在每次会话中对F3电极处的DLPFC进行刺激后，经100次平均得到的TMSevoked电位。在本图中，我们重点比较了条件刺激（CS）对测试刺激（TS）的影响与单独应用TS时的单脉冲条件之间的差异。即使在单个受试者中，CS也能明显调节N100偏转。在SICI和LICI会话中，与SP条件相比，N100通常在绝对值上增加，而在ICF中则减少16。在图1B中，SP、SICI和ICF范式下N100成分的拓扑分布已被定位于双侧，这与许多先前研究的结果一致16,17,28,29
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讨论
TMS-EEG 能够直接且无创地刺激大部分皮层区域，并以极佳的空间-时间分辨率获取由此产生的神经元活动30，尤其是在使用神经导航技术时。这一方法学进展的优势在于，TMS诱发的EEG信号源自神经电活动，可作为皮层-皮层兴奋性的指标。这种方法在神经精神疾病患者群体中具有巨大潜力，TMS-EEG 可用作当前及未来治疗干预的生物标志物。
该方案中最关键的步骤是电极的准备以及刺激强度的确定。这是因为无论使用何种放大器，TMS-EEG信号都容易受到TMS伪迹的影响31。电极必须非常仔细地制备，以避免彼此之间发生桥接，同时将阻抗保持在5 kΩ以下，并确保信噪比较高。此外，在线圈下方放置厚度为5-10 mm的人工聚氨酯纤维海绵，可进一步减少机械压力以及线圈“咔嗒”声通过骨传导产生的伪迹。
运动阈值（MT）决定经颅磁刺激（TMS）的刺激强度；因此，应精确测量MT，因为较高的强度会导致更大的伪迹和更不集中的刺激，而较低的强度可能导致信号非常微弱。因此，.......
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披露
Pantelis Lioumis 在提交的工作之外曾担任芬兰赫尔辛基Nexstim Plc.公司的付费顾问。即（用于2017年之前的运动与语言功能定位rTMS应用）。Reza Zomorrodi是Vielight公司（加拿大，多伦多）的顾问委员会成员。Zafiris J. Daskalakis获得加拿大卫生研究院（CIHR）、美国国立卫生研究院（NIH）、韦斯顿脑研究所、Brain Canada以及通过CAMH基金会和坎贝尔研究所由Temerty家族提供的研究资助。他从Brainsway有限公司获得了一项研究者发起研究的研究资助和实物设备支持，并担任Brainsway有限公司三项申办方发起研究的现场主要研究者。本研究者发起的研究还获得了Magventure公司提供的实物设备支持。Daniel M. Blumberger获得加拿大卫生研究院（CIHR）、美国国立卫生研究院（NIH）、韦斯顿脑研究所、Brain Canada以及通过CAMH基金会和坎贝尔研究所由Temerty家族提供的研究资助。他从Brainsway有限公司获得了一项研究者发起研究的研究资助和实物设备支持，并担任Brainsway有限公司三项申办方发起研究的现场主要研究者。本研究者发起的研究还获得了Magventure公司提供的实物设备支持。他从Indivior公司获得了一项研究者发起试验的药物供应。他曾参与强生公司（Janssen）的顾问委员会。
致谢
本工作部分由美国国家心理健康研究所（NIMH）R01 MH112815项目资助。同时得到Temerty家族基金会、Grant家族基金会以及成瘾与心理健康中心坎贝尔家族心理健康研究所的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| CED Micro1401-3 | Cambridge Electronic Design Limited | CED Micro1401-3 | 数字数据记录仪 |
| BISTIM'2 Package Option 1 | Magstim | 3234-00 | 经颅磁刺激双脉冲刺激器 |
| Magstim 200'2 Unit (2 items) | Magstim | 3010-00 | 经颅磁刺激刺激器 |
| UI controller | Magstim | 3020-00 | 经颅磁刺激控制器 |
| BISTIM'2 UI controller | Magstim | 3021-00 | 经颅磁刺激控制器 |
| BISTIM connecting module | Magstim | 3330-00 | 经颅磁刺激连接模块 |
| D70 Alpha Coil - P/N 4150-00 (Alpha 70 mm double coil) | Magstim | 4150-00 | 经颅磁刺激线圈 |
| Brainsight | Rogue-Resolutions | Brainsight 2 | 神经导航系统 |
| Model 2024F | Intronix | 2024F | 肌电图仪 |
| Neuroscan SynAmps RT 64 channel System | Compumedics Neuroscan | 9032-0010-01 | 脑电图仪 |
| Quick-Cap electrode system 64 | Compumedics Neuroscan | 96050255 | 脑电帽 |
参考文献
- Barker, A. T., Jalinous, R., Freeston, I. L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet. 1 (8437), London, England. 1106-1107 (1985).
- Ilmoniemi, R. J., Ruohonen, J., Karhu, J. Transcranial magnetic stimulation--a new tool for functional....
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重印与许可
