Name: TMS:使用的Theta突发协议，以探索个人与脆性X综合征与孤独症的可塑性Mechasnism (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-28T17:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 58 s
Description: 探索经颅磁刺激θ爆发协议用于脆性X综合征与孤独症患者的皮层运动可塑性研究。该方法通过测量运动诱发电位变化，揭示神经发育障碍的神经生理机制，为临床认知神经科学提供重要工具。

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1. 确定静息运动阈值：
<ol class="lalpha">
 <li>首先，让受试者坐在一把舒适的椅子上。</li>
 <li>接着，在受试者右手的第一背侧骨间肌表面贴附表面肌电图（EMG）电极。（INSERT FIGURE1）如果难以定位该肌肉，可让受试者做捏合动作或来回移动其食指，这将有助于更清晰地定位该肌肉。</li>
 <li>将接地电极放置在受试者前臂肌肉较丰满的部位。</li>
 <li>确定受试者左侧运动皮层的位置。尽管该区域因人而异略有不同，但通常位于颅顶点前外侧约 3.5 cm 处。可在该区域周围小范围探索，并调整刺激角度，直至找到运动“热点”。</li>
 <li>一旦定位到 M1 区，从 50% 输出强度开始，对该区域施加单脉冲刺激，并测量诱发的运动诱发电位（MEP）。</li>
 <li>逐步调高或调低刺激强度，直至在连续 10 次脉冲中，恰好有 5 次诱发的 MEP 幅值超过 50 μV。该刺激强度即为受试者的静息运动阈值。</li>
</ol>
2. 确定运动阈值
<ol class="lalpha">
 <li>采用与上述相同的电极设置，要求受试者用右手拇指和食指以约20%的力度捏合。</li>
 <li>当受试者保持该捏合姿势时，在M1区施加50%功率的单脉冲刺激，并测量诱发的运动诱发电位（MEP）。</li>
 <li>调节刺激强度，直至在连续10次脉冲中，恰好有5次诱发的MEP幅度超过200 μV。该刺激强度即为受试者的活动运动阈值。</li>
</ol>
3. 确定基线 Mep
<ol class="lalpha">
 <li>为确定受试者的基线运动诱发电位（MEP）振幅，以静息运动阈值的120%强度在运动热点区域给予10次单脉冲刺激。</li>
 <li>每次脉冲后测量MEP。</li>
 <li>取三组各10次脉冲所获得的MEP值的平均值。</li>
</ol>
4. 设置经颅磁刺激参数
<ol class="lalpha">
 <li>我们将采用标准的θ爆发刺激参数：以50 Hz频率发放三个脉冲，刺激强度为80%活动运动阈值，间隔为200 ms。</li>
 <li>进行间歇性TBS时，生成一个持续2秒的刺激序列（采用上述参数），随后停止刺激8秒。重复此过程共190秒（总计600个脉冲）。研究表明，iTBS可促进皮层活动。</li>
 <li>进行持续性θ爆发刺激时，以相同参数持续发放刺激序列47秒（总计600个脉冲）。研究表明，cTBS可抑制皮层活动。</li>
</ol>
5. 经颅磁刺激
<ol class="lalpha">
 <li>本方案中，在先前确定的 M1 运动热点区域施用 iTBS 或 cTBS。</li>
</ol>
6. 确定刺激后的运动诱发电位（MEP）
<ol class="lalpha">
 <li>在TBS之后，同前，以静息运动阈值的120%强度在运动热点给予10次单脉冲刺激。</li>
 <li>计算这10次MEP幅度的平均值。</li>
 <li>在刺激后5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、75分钟、90分钟、105分钟和120分钟时，分别采集新的10次脉冲批次的平均值。</li>
</ol>
7. 代表性结果
使用iTBS模式时，应观察到MEP值升高，持续时间反映受试者自身的可塑性状态。同样，使用cTBS模式时，应观察到MEP值降低，持续时间也反映受试者自身的可塑性状态。
<img src="/files/ftp_upload/2272/2272fig1.jpg" alt="肌电图（EMG）测试示意图，头部与手部装置，肌肉信号记录过程。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 图1. 运动诱发电位（MEP）测量中电极放置位置示意图。
<img src="/files/ftp_upload/2272/2272fig2.jpg" alt="皮质脊髓兴奋性过程，cTBS/iTBS示意图，MEP波幅图，LTP/LTD可塑性。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图2"> 图2. iTBS刺激模式示意图。
<img src="/files/ftp_upload/2272/2272fig3.jpg" alt="用于神经刺激分析的50 Hz三脉冲簇刺激cTBS示意图。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图3"> 图3. cTBS刺激模式示意图。

<ol><li>Pfeiffer, B. E., Huber, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+state+of+synapses+in+fragile+x+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscientist%22%5BJournal%5D)">The state of synapses in fragile x syndrome.</a> Neuroscientist. 15, 549-567 (2009).</li>
<li>O'Donnel, W. T., Warren, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+decade+of+molecular+studies+of+fragile+x+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A decade of molecular studies of fragile x syndrome.</a> Annual Review of Neuroscience. 25, 315-338 (2002).</li>
<li>Tassone, F., Hagerman, R. J., Taylor, A. K., Mills, J. B., Wood, S., Gane, L. W., Hagerman, P. J. American Journal of Human Genetics. 65, A493-A493 (1999).</li>
<li>Hagerman, R. J., Miller, L. J., McGrath-Clarke, J., Riley, K., Goldson, E., Harris, S. W., Simon, J., Church, K., Bonnell, J., Ognibene, T. C., McIntosh, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+stimulants+on+electrodermal+studies+in+fragile+x+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy+Research+and+Technique%22%5BJournal%5D)">Influence of stimulants on electrodermal studies in fragile x syndrome.</a> Microscopy Research and Technique. 57, 168-173 (2002).</li>
<li>Miller, L. J., McIntosh, D. N., McGrath, J., Shyu, V., Lampe, M., Taylor, A. K., Tassone, F., Neitzel, K., Stackhouse, T., Hagerman, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrodermal+response+to+sensory+stimuli+in+individuals+with+fragile+x+syndrome%3A+a+preliminary+report%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Medical+Genetics%22%5BJournal%5D)">Electrodermal response to sensory stimuli in individuals with fragile x syndrome: a preliminary report.</a> American Journal of Medical Genetics. 83, 268-279 (1999).</li>
<li>Hagerman, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fragile+X%3A+perspectives+from+birth+through+aging%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Fragile X: perspectives from birth through aging.</a> Biological Psychiatry. 57, 73s-73s (2005).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Handbook+of+Transcranial+Magnetic+Stimulation%22">Handbook of Transcranial Magnetic Stimulation</a>. Pascual-Leone, A., Davey, M., Wassermann, E. M., Rothwell, J., Puri, B. , Edward Arnold. London. (2002).</li>
<li>Walsh, V., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWalsh%2C+V+%22Transcranial+Magnetic+Stimulation%3A+A+Neurochronometrics+of+Mind%22">Transcranial Magnetic Stimulation: A Neurochronometrics of Mind</a>. , MIT Press. Cambridge. (2005).</li>
<li>Thickbroom, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+magnetic+stimulation+and+synaptic+plasticity%3A+experimental+framework+and+human+models%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Transcranial magnetic stimulation and synaptic plasticity: experimental framework and human models.</a> Experimental Brain Research. 180, 583-593 (2007).</li>
<li>Huang, Y. Z., Edwards, M. J., Rounis, E., Bhatia, K. P., Rothwell, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theta+burst+stimulation+of+the+human+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Theta burst stimulation of the human motor cortex.</a> Neuron. 45, 201-206 (2005).</li>
<li>Oberman, L., Eldaief, M. C., Gautam, S., Fecteau, S., Tormos, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abnormal+Cortical+Plasticity+in+Adults+with+Asperger%27s+Syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Abnormal Cortical Plasticity in Adults with Asperger's Syndrome.</a> , Forthcoming Forthcoming.</li>
</ol>

无利益冲突声明。

鉴于TMS后效应持续时间延长反映了非典型的神经可塑性，此类研究有助于为自闭症及相关疾病建立更优且更精准的诊断方案。
同样，随着更多数据的积累，我们或许能够找到其他神经病理学疾病的时序性生物标志物，包括脆性X综合征。在这种情况下，尽管目前尚无有效的治疗干预手段，但早期检测有助于家长和教育工作者为其孩子独特的发育轨迹确定最佳的实践方案。

<table><tbody><tr><td>酒精棉片</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>肌电图电极</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>肌电图测量设备/软件</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>耳塞</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>标记笔或记号笔</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>任何具备单脉冲功能的经颅磁刺激设备</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>任何具备重复经颅磁刺激功能的经颅磁刺激设备（用于TBS）</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>任何兼容的双线圈形磁刺激线圈</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>无框架立体定位设备（可选）</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

tms：使用theta爆发模式探究脆性x综合征和自闭症患者突触可塑性的机制

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

脆性X染色体综合征（FXS），也称为Martin-Bell综合征，是一种位于X染色体上的遗传异常。1,2 患有FXS的个体在FMR1的表达上表现出异常——FMR1是一种正常、健康的神经发育所必需的蛋白质。3 最近的研究数据表明，这种蛋白质的缺失可能导致皮层过度兴奋，从而影响神经可塑性的整体模式。4,5
此外，脆性X综合征与自闭症存在显著的共病性：事实上，30%的脆性X综合征患儿被诊断患有自闭症，而2%至5%的自闭症患儿患有脆性X综合征。6
经颅磁刺激（一种非侵入性的神经刺激和神经调节技术，可通过施加局部磁场脉冲暂时或持久地调节皮层兴奋性7,8）为研究脆性X综合征（FXS）患者个体中的可塑性及其表现提供了独特的方法。更具体而言，θ爆发刺激（TBS）是一种特定的刺激方案，在健康人群中已被证实可在刺激停止后长达30分钟内调节皮层可塑性，其在探索异常可塑性方面已证明是一种有效的工具。9,10
最近的研究表明，重复经颅磁刺激（TBS）对自闭症谱系个体的作用持续时间显著更长，可达90分钟。11 这种延长的作用持续时间提示自闭症个体大脑的天然可塑性状态存在潜在异常，类似于脆性X综合征所诱发的过度兴奋性。
在本实验中，我们将以单脉冲运动诱发电位（MEPs）为基准，探究间歇性与持续性TBS对脆性X综合征（FXS）患者及自闭症谱系个体大脑皮层可塑性的影响。

本文研究了Theta-Burst经颅磁刺激对脆性X综合征患者以及自闭症谱系个体大脑皮层可塑性的影响。

TMS：使用theta爆发模式探究脆性X综合征和自闭症患者突触可塑性的机制

脆性X染色体综合征（FXS），又称Martin-Bell综合征，是一种位于X染色体上的遗传异常。1,2 患有FXS的个体……

本实验的总体目标是利用无创经颅磁刺激技术，探究皮质运动可塑性及其与典型和非典型神经发育之间的关系。首先，定位受试者第一背侧骨间肌在初级运动皮层（M1）的运动热点，并确定其静息和活动状态下的运动阈值。实验的第二步是获取基线水平的皮质脊髓兴奋性。该操作流程的第三步是施加theta节律爆发性刺激。最后一步是评估皮质脊髓兴奋性的变化结果。最终，通过比较基线水平与刺激后兴奋性的差异，可以获得显示theta节律爆发性刺激对神经发育障碍受试者皮质脊髓兴奋性影响差异的结果。今天，我们将演示一种称为theta爆发刺激的经颅磁刺激方法。该方法有助于回答临床认知神经科学领域中的一些关键问题，例如可塑性机制如何影响特定发育障碍所特有的病理、神经及行为表型。在开始本实验方案之前，请使用无框架立体定位系统获取受试者的MRI图像。该解剖模型将用于标记特定颅骨位置，以确保每次刺激的部位一致。在开始进行theta爆发刺激之前，首先需要确定受试者初级运动皮层的位置。开始时，让受试者坐在经颅磁刺激（TMS）设备旁的一把舒适椅子上。务必对受试者进行筛查，以确认其无TMS禁忌症，并向其详细解释实验方案的步骤。同时，使用立体定位设备记录受试者的位置，并向其介绍经颅磁刺激（TMS）装置。发放数个刺激脉冲，使受试者熟悉所产生的咔嗒声和轻敲感。接下来，开始为实验做准备：首先要求受试者伸出右手，以便在骨间背侧肌上放置表面电极。在安放电极之前，务必清洁皮肤以确保良好的信号采集。如果难以定位腕背骨间肌，可让受试者做捏合动作，或来回移动其示指，这将有助于更清晰地找到该肌肉。将肌电图表面电极放置在右手第一背侧骨间肌上，以便记录经颅磁刺激（TMS）引起的肌肉抽动。同时，将接地电极置于受试者前臂肌肉丰满处。检查记录设备，确保所有表面电极均能提供良好信号且噪声较小。此时，受试者和技术人员都应插入耳塞以保护听力。现在我们准备确定受试者左侧运动皮层手区的位置。尽管该区域因人而异略有不同，但通常大约在 3.5 厘米处。在颅顶外侧区域，将刺激强度设置为50%，在此区域周围探索一个小范围网格，通过观察并小幅度移动线圈，直至找到运动热点。针对最大MEP，还需根据需要调整刺激强度和刺激角度。一旦确定 M1 区域，应使用立体定位设备（如有）标记其位置。若无立体定位设备，可使用无毒油性记号笔暂时标记受试者的头皮。本方案的下一步是确定受试者的静息运动阈值。如有需要，将系统重新调整回50%功率，并在同一位置开始单脉冲刺激，同时测量诱发的运动诱发电位。上下调节功率，直至在连续10次脉冲中恰好有5次产生大于50微伏的运动诱发电位。将此功率水平记录为受试者的静息运动阈值。接下来，要求受试者用右手食指和拇指轻轻捏合，施加约20%的力度并保持该姿势。在此捏合状态下，于相同的M1区域以50%功率进行单脉冲刺激。测量并记录由此诱发的运动诱发电位（MEPs）。现在调节输出功率，直至在连续10次刺激中，恰好有5次诱发出大于200 µV的运动诱发电位（MEP）。该功率水平即为受试者的活动运动阈值。最后，通过在静息运动阈值的120%下对运动热点区域施加10次单脉冲刺激并测量MEP，确定受试者的基线MEP。每次脉冲后，取三组10次脉冲的MEP数值平均值。在确定受试者的阈值水平后，即可设置系统进行刺激。我们将采用标准的θ爆发刺激参数，即以50赫兹频率发放3个脉冲，刺激强度为80%活动运动阈值，每200毫秒给予一次间歇性TBS，该参数已被证明可促进皮层活动。以上述参数生成持续2秒的刺激序列，随后停止刺激8秒。重复此过程190秒，总共给予600个脉冲，以实施持续性θ爆发刺激，该刺激已被证明可抑制皮层活动。以先前所述参数持续刺激47秒，共计600次脉冲。确保受试者处于舒适且准备就绪的状态，因为后续实验流程需 uninterrupted 地完成。要求受试者保持静止并放松。将线圈置于先前确定的 M1 运动热点上方，并给予 ITBS 或 CTBS 刺激。此处我们给予 CTBS 刺激。确保在刺激过程中线圈始终保持在正确位置。在进行theta刺激后，立即开始检测刺激后的运动诱发电位，以评估经颅磁刺激（TMS）的瞬时效应。为此目的。首先，将经颅磁刺激（TMS）设备设置为以静息运动阈值的120%输出单脉冲。再次将线圈放置于受试者头部相同的运动热点位置，确保线圈位于先前进行TBS刺激时的完全相同的位置。使用与前一步骤相同的电极设置给予10次单脉冲刺激，测量并记录由此产生的10个运动诱发电位（MEP）幅值。然后将这些运动诱发电位（MEP）进行平均，并记录为该时间点的结果。接下来，使用相同参数在TBS后11个时间点进行刺激，分别为刺激后5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、75分钟、90分钟、105分钟，以及最后的120分钟，在每个时间点测量并采集新的10次脉冲序列记录及其平均值。完成后，移除表面电极，允许受试者取下耳塞并站立起身。务必感谢他或她参与实验。同时，请受试者将来返回参加下一次经颅磁刺激（TMS）会话，以便研究其他TBS参数。TMS会话的结果将取决于所使用的TBS模式。在此，我们观察到使用间歇性θ爆发刺激模式时，某组受试者的一些代表性结果。应注意到，运动诱发电位（MEP）值在持续时间内有所增加，反映了受试者如图所示的天然可塑性状态。同样地，当使用持续性θ爆发刺激模式时，应注意到MEP值在持续时间内下降，反映了受试者在执行该操作程序后的天然可塑性状态。为了回答其他问题，例如异常可塑性如何表现以及如何治疗，还可以进行其他操作，如行为任务、药物干预和/或额外的刺激范式。

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