经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）和低频经颅磁刺激（low-frequency TMS, lfTMS）已 已被证明是脑科学文献中的重要贡献。本文重点介绍使用经颅磁刺激（TMS）研究自我欺骗的皮层相关机制的方法。
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摘要
摘要
神经影像学通常被认为是一门资源需求较高的学科。尽管在某些情况下确实如此，但历史上，资源有限的机构也对神经科学领域（包括神经影像学）做出了重要贡献。在自我欺骗的研究中，我们已成功采用单脉冲经颅磁刺激（TMS）来确定与过度宣称和自我增强等能力相关的脑区活动。即使未使用神经导航系统，本文所提供的方法仍可取得成功的结果。例如，研究发现，自我欺骗性反应的减少会导致情感水平的下降。这些方法所产生的数据具有良好的可靠性和有效性，为原本无法开展的研究提供了可行的途径。 通过使用这些方法，神经科学领域的整体知识体系得以拓展，也为本机构学生（如蒙特克莱尔州立大学的学生；该校为服务西班牙裔学生的高等院校） 提供了通常难以获得的研究机会。
引言
在资源有限的研究机构（通常被称为“教学型大学”）中，开展脑-行为相关性研究面临诸多挑战。根据美国国家科学基金会（NSF）提供的数据，几乎所有的学术研究都是由美国少数高等教育机构完成的。在考察了4400多所授予学位的高等教育机构后发现，排名前115位的大学/研究机构完成了全美75%的研究工作并发表了相应成果1。在美国，共有131所研究型第一级（R1：大学在研究排名中所能达到的最高级别）大学，获得了大部分联邦科研经费。
这种严重偏向顶尖机构的经费分配不均限制了许多首席研究员以及学生的科研选择；例如，仅有1.9%的R1类大学是服务于西班牙裔群体的院校。此外，非R1类院校在科研空间、获得的资助以及可用于研究的时间方面均受到限制，且这些学校通常没有医学院的附属关系2。鉴于这些障碍，我们提供了在资源有限环境下成功开展欺骗行为中脑-行为关系研究的方法。尽管这些方法适用于任何机构，但我们认为，规模较小或以教学为主的大学的研究人员将从这些方法中获益最大。
我们的实验室主要致力于研究负责产生自我欺骗和自我增强的大脑区域。通过多种技术可以确定这些皮层区域的因果关系，这些数据有助于验证相关神经影像学方法以及实验性患者试验3,4,5。
为了利用因果性神经影像技术研究自我欺骗，已采用多种创新方法，主要涉及单脉冲经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）和重复性经颅磁刺激（rTMS6; 图1）。尽管经颅直流电刺激（tDCS, transcranial Direct Cortical Stimulation）也已成功应用7，并可调整以复现本文所述的方法、流程和结果，但TMS的灵活性仍使其成为调控自我欺骗神经机制的最优选择。在最常见的应用中，研究人员通过TMS抑制、激活、干扰或测量皮层兴奋性（皮层兴奋性的测量不在本文讨论范围内，详见参考文献8）。
内侧前额叶皮层（MPFC）似乎参与了自我欺骗性反应9鉴于皮层中线结构（CMS）在自我意识方面的普遍作用10因此，自我欺骗与内侧前额皮层（MPFC）活动相关并不令人意外。为了确定额叶区域在其中的因果作用，研究采用经颅磁刺激（TMS）制造“虚拟损伤”，同时测量自我欺骗行为的发生情况。11测量自我欺骗已得以实现 通过 两种主要方法：自我增强和过度宣称6.
我们发现，前额叶内侧皮层（MPFC）的功能受损会导致自欺行为减少6,8,11,12,13。此外，我们还发现，这种减少（即自欺程度的降低）与个体情绪状态的下降有关（即负面情绪增强，正面情绪减弱）。
由于未使用神经导航系统或个体化磁共振成像（MRI）（由于费用较高，大多数实验室不具备这些资源），人们可能对经颅磁刺激（TMS）定位的准确性和精确性存在担忧。我们通过偶尔采用标记点校准方法对此进行了弥补，即在帽具上放置一个对比标记物（例如维生素E胶囊），随后对受试者进行结构磁共振成像扫描11,12。这些方法已证实了本文所述技术的准确性，我们所定位的目标区域为布罗德曼10/9区（BA 10/9）交界处的内侧前额叶皮层（MPFC），该区域位于内侧额上回上方，坐标约为（0, ~40, ~30）。
显然，使用其他方法（例如神经导航）可以获得更高的空间分辨率，但这些方法的应用也存在一些缺点，包括受试者脱落、受试者排除、实验周期延长、额外的培训和筛选、成本增加，以及通常需要受试者多次前往实验地点。因此，在许多情况下，本文介绍的方法为神经导航提供了一个极佳的替代方案。
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方案
本研究已获得蒙特克莱尔州立大学机构审查委员会（IRB）的批准。所有参与者均按照美国心理学会（APA）的伦理准则进行处理。
1. 参与者
- 首先，获得机构审查委员会（IRB）对方案的审查批准（有关非研究1类机构的情况，请参见讨论部分）。建议咨询有经验的研究人员。获取相关表格，例如筛查补充文件 1）和副作用（补充文件 2）来自其他研究人员——这些量表在经颅磁刺激（TMS）研究领域内可 readily 共享。注：本实验所用量表由 Simone Rossi 提供。
- 对所有研究人员进行培训，确保其能够向参与者说明所有风险、副作用及潜在不良事件，并获得知情同意。如有必要，主要研究者（PI）应接受经颅磁刺激（TMS）相关课程以补充所需知识。在正式开展参与者实验前，须确保主要研究者已对实验方案（包括知情同意与实验后说明）完成预试验。
- 通过在校园内张贴传单招募参与者。面对面筛选参与者；初次接触无需面对面进行。确保传单仅以概括性语言描述补偿和风险，包括任何特殊情况（如 COVID）。
- 确保参与者大声朗读知情同意书，包括以下具体问题：您目前是____PI______的学生吗？您是否有癫痫个人史或癫痫家族史？您是否有癫痫发作史？您是否具有以下任何情况：脑卒中、颅内金属植入物、结构性脑损伤、植入式装置、起搏器、药物泵、人工耳蜗植入物、植入式脑部刺激器、金属加工职业暴露？您是否有过导致意识丧失的头部外伤史？您是否具有高妊娠可能性？您是否未满18岁？您是否超过65岁？
- 请原谅任何参与者对本研究提出的问题。
- 在入组前，需确保已完成筛查清单的评估。
- 向所有参与者支付25美元作为参与报酬，并依照机构指南进行处理 蒙特克莱尔州立大学审查委员会及美国心理学会的审查委员会。
- 在符合各机构规范的参数范围内进行所有经颅磁刺激（TMS）操作（参见讨论部分）。
- 参与者的安全与舒适至关重要，因此在实验全程中，须通过口头询问和视觉观察，密切监测参与者的状态。紧张情绪较为常见，在某些情况下可能导致更复杂的结果，需对此进行监测。
2. TMS 设备操作
- 使用单脉冲经颅磁刺激（TMS）设备进行所有刺激。由主要研究者（PI）手动同时按下手动开关和脚踏开关来触发设备。采用刺激器的最大刺激频率（即0.75 Hz）。
- 实验全程使用70 mm的8字形线圈。确保线圈在实验过程中 never 达到危险/自动关闭温度。备用线圈已准备就绪，必要时可更换使用。
- 使用笔记本电脑呈现所有刺激。打开软件（例如 Testable）并登录账户。点击相应的实验。
- 使用信用卡校准显示器。输入人口统计学信息。在每位受试者测试前后清洁/消毒笔记本电脑。
- 通过视觉观察（诱发的拇短展肌反应达到5/10）确定运动阈值 通过 肌电图仪（EMG）
- 使用泳帽以保护标记。训练和演示时使用标准线圈支架，但不可用于主动刺激。
- 使用布质卷尺根据10/20系统测量CZ和OZ的坐标，并从先前关于过度宣称的研究中获取MPFC坐标10. 为确定额中线前额皮层（MPFC）位置，取鼻根点至枕外隆突距离的1/3处，MPFC位于该点前方1.5 cm处。此位置对应于布罗德曼10/9区（内侧额回）。
- 根据PI的判断，可采用基准标记法确认测量结果，即将维生素E片剂粘附于线圈位置的帽盖上，以便在标准MRI中清晰对比。由于成本较高，此选项使用受限。
3. 新冠肺炎 - 19
- 由于 COVID-19，需包含以下方案14。在知情同意书中添加免责声明："作为本研究的参与者，您将与研究人员在室内近距离共处一段时间。这会显著增加感染 COVID-19 的风险。我们将采取以下预防措施以保护您：仅由主要研究者（PI）进入距参与者 6 英尺范围内；仅允许一名助手在附近活动，但必须保持社交距离；参与者必须佩戴两个口罩；主要研究者必须佩戴两个口罩、手套和面罩；助手必须佩戴口罩和面罩；所有接触性设备均经过消毒处理。"
- 所有实验均应在普通实验室外的大堂或大厅内进行，因为该区域通风条件显著改善。所有设备均可消毒且便于移动。
- 一旦 COVID-19 防控措施放宽，即可恢复常规操作流程。
4. 运动阈值
- 使用记号笔在泳帽上标记鼻根-枕外隆突连线及其中点，并测量双侧耳前点并取其中点。由此确定10/20系统的坐标位置（见2.6）。
- 以右侧半球耳前点连线为基准，向下（腹侧方向）移动33%，然后使用经颅磁刺激（TMS）线圈开始寻找拇短展肌（Abductor Pollicis Brevis, APB）的最佳刺激位点。通过线圈触发器、脚踏开关并解除安全锁，启动TMS设备放电。
- 在所有定位搜索和TMS刺激过程中，将TMS线圈保持45°方向放置。
- 通过机器前面板的调节旋钮，将刺激输出起始值设为总输出的30%，然后以2%为增量逐步上调，直至观察到肌肉运动。在增加刺激强度的同时，也需相应调整线圈位置。线圈位置移动与刺激强度之间需精细协调。
- 一旦找到最佳刺激位点（即引发最大拇短展肌反应的部位），即开始确定运动阈值（MT）。
- 在开始测定MT之前，用记号笔在泳帽上标记线圈尖端的位置，以确保后续准确定位。使用记号笔将线圈前部边缘完整描画在泳帽上。
- 对于视觉观察法，使用约20次脉冲刺激（调整设备输出强度），确定引发5/10次（50%）拇短展肌反应的刺激强度。应根据手指运动的增多或减少，相应地上调或下调旋钮。从设备输出强度的20%开始逐步增加。当获得5/10次反应后，记录设备显示的强度值，作为该个体的运动阈值（MT）。
- 对于（推荐的）运动诱发电位（MEP）方法，将一次性电极置于拇短展肌、拇指肌腱以及参考地电极（通常位于手腕背侧），不再依赖视觉观察，而是需在记录设备上观察到明确的阳性MEP信号。
- 将阳性MEP反应定义为峰-峰振幅≥50 µV的MEP信号。
- 与视觉观察法类似，持续刺激直至观察到10次中出现5次阳性MEP反应。MEP振幅应大于50 µV。若50%的MEP高于50 µV，另50%低于该值，则已确定运动阈值（MT）。
- 确定MT后，将TMS设备设置为相应的刺激强度。通常将刺激强度设为运动阈值的90%，这在有效激活TMS与安全性之间达到理想平衡。切勿超过设备总输出的45%。尽管极少数情况下个体的MT可达设备总输出的60%，但这种情况较为罕见。
5. 主动单脉冲经颅磁刺激（TMS）
- 随机选择所有位点的顺序（例如，SMA、PZ、MPFC 或假刺激位点CZ；图5）。
- 将线圈放置在目标位点上，并启动呈现软件（例如 Testable（见下文））。刺激应自动进行，并与刺激呈现同步。
- 务必准备一个备用线圈，以防过热。
6. 展示
- 使用呈现软件（例如 Testable）收集所有行为数据。该软件易于配置，脚本编写简单。
注意：创建三个独立的实验区块——每个脑区条件对应一个区块。首先使用 Testable 的自动选择程序选定需收集的人口统计学信息，然后将真实词和伪词输入脚本软件中。同时设定词语的大小、呈现时长以及在屏幕上刺激词的显示位置。 - 脚本制作完成后，首先收集人口统计学信息，并进行屏幕校准。校准方法是将滑块调整至与信用卡边缘对齐。所有实验均在计算机上进行，所有反应均通过内置键盘和触控板完成。
- 进行两次练习试验，并介绍类比量表的使用方法。所有参与者均能轻松适应设备。指导语以口头方式给出，要求参与者对其认识该词的程度进行评分。
- 如果该词对他们而言很熟悉（例如“desk”），应给予高分；
- 如果他们“大致”认识该词，则给予中等评分（例如“chlorophyll”）；
- 如果对该词不太熟悉，则给予低分（例如“5HTTlpr”）。总共应使用144个词（每个脑区位置36个词）。
- 参与者有充足的时间进行反应。在类比量表上完成评分后，随即呈现下一个词。
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结果
图2 来自 Taylor-Lilquist 等人的研究14，涉及四个脑区位点：MPFC、SMA、PZ 和一个假刺激位点（Sham site）。这些位点被用于确定过度宣称行为的神经相关性。过度宣称是指参与者声称自己认识某个词语，而实际上该词语并不存在。共对12名参与者在社交和非社交情境下进行了测试。社交情境代表了知道或不知道某个词语的社会压力：知道词语的高社会压力情境（high-social pressure；n=6）或不知道词语的低社会压力情境（low-social pressure；n=6）。社会压力通过一系列言语提示施加，提示内容表明每个人都认识这些词语且它们很简单（高社会压力），或表明这些词语很难且大多数人并不认识（低社会压力）。
当对内侧前额叶皮层（MPFC）施加经颅磁刺激（TMS）时，参与者在社会情境下的过度宣称倾向显著降低（p < .05）。也就是说，在社会压力条件下，MPFC TMS 对过度宣称行为的干扰作用明显强于其他任何条件。这一点在
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讨论
本方案（及其变体）已在蒙特克莱尔州立大学的50多项研究中应用。整个系统的搭建成本可控制在15,000美元（美国）以内。此外，我们通过标志点定位方法发现，所获得的坐标与大脑内部结构吻合良好。
变异 该方法常被采用。例如，对照条件可包括刺激大脑的不同区域、在不同时间点施加经颅磁刺激（即在预计无效应的时间点施加TMS）、使用伪刺激线圈、采用不同水平的仪器总输出等。在规模较小的教学或非教学机构中，安全方面的考虑可能有所不同，因为医疗人员无法随时到位。任何涉及神经调控的研究或实验都必须符合安全规程。单脉冲TMS比重复性TMS（rTMS）更安全，但仍存在显著风险。我们已在蒙特克莱尔州立大学遵循已发表的安全指南开展TMS和低频TMS（lfTMS）研究长达20年，未发生重大事故16,17,18.
在非R1类机构建立经颅磁刺激（TMS）和低频经颅磁刺...
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致谢
感谢 LSAMP（路易斯·斯托克斯少数族裔参与联盟）、Wehner、克劳福德基金会以及凯斯勒基金会提供的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 用于MEP的三星安卓平板电脑 | Samsung | SM-T500NZSAXAR | |
| 布质卷尺 | GDMINLO | B08TWNCDNS(AMZ) | |
| 8字形铜质TMS线圈 | Magstim | 4150-00 | 此为当前型号 |
| 联想T490笔记本电脑 | Lenovo | 20RY0002US | |
| Magstim 200单脉冲刺激器 | MagStim | Magstim200/2 | 此为当前型号 |
| Magstim标准线圈支架 | MagStim | AFC/SS | 此为当前型号 |
| Speedo泳帽 | Speedo | 751104-100 | |
| Testable.Org账户及软件 | Testable | NA | |
| Trigno双导联传感器（用于MEP） | DelSys | SP-W06-018B | |
| Trigno基站及绘图软件（用于MEP） | DelSys | DS-203-D00 |
参考文献
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