Name: 经颅磁刺激在线联合方法对经颅交流电刺激对原发性运动皮层的影响 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 11 s
Description: 了解经颅交流电刺激与单脉冲经颅磁刺激在线联合方法，用于实时评估初级运动皮层兴奋性。该技术可探测频率特异性神经调控对皮质脊髓输出的影响。

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本研究由俄罗斯科学基金会资助（合同编号：17-11-01273）。特别感谢俄罗斯联邦莫斯科国立研究型高等经济大学多功能电视技术创新中心的 Andrey Afanasov 及其同事在视频录制与视频编辑方面提供的支持。

所有实验程序均经莫斯科高等经济学院（HSE）当地研究伦理委员会批准，并获得所有参与者的知情同意。
注意：受试者必须无体内植入金属装置、神经系统或精神疾病、药物滥用或酗酒史。经颅磁刺激（TMS）的使用需遵循最新的安全指南20。受试者必须充分了解研究的性质，并在实验开始前签署知情同意书。我们展示了通过刺激优势半球初级运动皮层（M1）实施在线联合经颅交流电刺激-经颅磁刺激（tACS-TMS）方案所需的全套设备（图1；材料表）。
1. 采用双极腹肌-肌腱导联方式放置肌电图（EMG）电极
<ol>
	<li>在所有电极下方使用清洁磨砂膏清洁皮肤，以获得较低的皮肤阻抗（低于 10 kOhm）。</li>
	<li>将主动肌电图电极置于第一背侧骨间肌（FDI），参考电极置于远端 2 cm 处的骨骼上，接地电极置于手臂更近端的位置。</li>
</ol>
2. 确定刺激方案的靶点
注意：此处我们使用无框架 TMS 导航系统来实现 TMS 线圈的准确定位。
<ol>
	<li>将追踪传感器放置于受试者眉毛之间的眉间区域，即鼻子上方。</li>
	<li>打开导航系统软件，导入受试者个体的结构T1加权磁共振成像（MRI）数据，并通过导航系统完成受试者头部与三维MRI头部模型的共配准。</li>
	<li>将线圈精确地放置于初级运动手区，即所谓的&#34;运动隆起&#34;区域（图2）。</li>
	<li>开始施加单脉冲经颅磁刺激（TMS）并检测运动诱发电位（MEPs）；TMS由连接标准的75毫米双圆形线圈的刺激器（见材料表）产生。为定位左侧M1区的&#34;热点&#34;，应将线圈与头皮呈切线方向放置，手柄朝后外侧，与受试者头部中线矢状轴成45°角。</li>
	<li>一旦找到热点（即在对侧目标手部肌肉引出阈值水平运动诱发电位的头皮位置），用铅笔标记该点，以便后续准确定位经颅交流电刺激（tACS）目标电极的位置。</li>
</ol>
3. tACS 电极准备
<ol>
	<li>连接两个表面用生理盐水浸湿的海绵电极（尺寸：5 cm × 7 cm）至刺激装置，该装置可产生交流电例如， 脑刺激</li>
	<li>为尽量减少皮肤感觉，需在整个刺激过程中持续用生理盐水饱和电极，以保持阻抗低于10 kOhm。</li>
</ol>
4. tACS 协议设置
<ol>
	<li>使用刺激设备设置tACS协议时，首先检查电池状态。</li>
	<li>使用软件打开一个新会话，并设置一个新的刺激方案。
	<ol>
		<li>命名该实验方案（例如， &#34;β&#34;).</li>
		<li>设置刺激频率（例如， 20 Hz</li>
		<li>选择波形（例如， 正弦波形</li>
		<li>设置刺激方案的总持续时间（例如， 600 s</li>
		<li>最后，设置刺激强度（例如， 1 mA），设置偏移量、淡入、淡出及相位 &#34;0&#34;. 
		注意：建议设置约 30 秒的刺激渐入和渐出时间，以避免受试者出现任何不良或不适的神经感觉效应。</li>
		<li>激活设备的 &#34;蓝牙&#34; 将程序从软件中上传至刺激器并启动功能。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. tACS 电极布局
<ol>
	<li>将&#34;靶点&#34;电极放置于头皮上标记的相应位置。使用专用粘性胶带将&#34;参考&#34;电极放置于同侧肩部，构成&#34;单极导联&#34;21。</li>
	<li>根据神经导航头传感器的位置，仔细调整头部第一条弹性绑带的位置；然后使用第二条绑带固定靶点电极的位置。</li>
	<li>当经颅交流电刺激（tACS）电极均放置于头皮和同侧肩部后，将其连接至刺激仪。</li>
	<li>在开始刺激前，通过目视检查确保靶点电极的位置准确对准标记的热点区域。</li>
</ol>
6. 确定静息运动阈值（RMT）
<ol>
	<li>将TMS线圈置于目标tACS电极上方，并仔细调整线圈位置，使其对准热点（图3) 通过使用神经导航系统。</li>
	<li>根据联合 tACS-TMS 设置测量 RMT即， TMS 线圈置于电极上方）。具体而言，应根据 tACS 电极的厚度调整 TMS 刺激强度，以确认获得可靠的静息运动阈值（RMT）。
	<ol>
		<li>单独测量RMT，定义为在10次试验中至少有5次在FDI肌肉中诱发出峰-峰振幅为50 mV的MEP所需的最小刺激强度22.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将经颅磁刺激（TMS）的刺激强度设定为静息运动阈值（RMT）的110%，以开始实验阶段。</li>
</ol>
7. 实验步骤
<ol>
	<li>打开肌电图（EMG）软件并开始记录肌电图信号。</li>
	<li>开始tACS刺激。</li>
	<li>刺激过程中，以3至5秒的随机间隔给予TMS单脉冲。</li>
	<li>确保每次刺激会话（例如， 20 Hz tACS 刺激后接假刺激/另一种控制频率刺激，每次持续时间不超过90秒，刺激间间隔约为3分钟，以避免前一次刺激频率/条件可能产生的遗留效应11,13.</li>
</ol>

<ol><li>Priori, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+polarization+in+humans%3A+a+reappraisal+of+an+old+tool+for+prolonged+non-invasive+modulation+of+brain+excitability%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Brain polarization in humans: a reappraisal of an old tool for prolonged non-invasive modulation of brain excitability.</a> Clin. Neurophysiol. 114 (4), 589-595 (2003).</li>
<li>Herrmann, C. S., Rach, S., Neuling, T., Struber, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation%3A+a+review+of+the+underlying+mechanisms+and+modulation+of+cognitive+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation: a review of the underlying mechanisms and modulation of cognitive processes.</a> Front Hum. Neurosci. 7, 279(2013).</li>
<li>Frohlich, F., McCormick, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endogenous+electric+fields+may+guide+neocortical+network+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Endogenous electric fields may guide neocortical network activity.</a> Neuron. 67 (1), 129-143 (2010).</li>
<li>Ozen, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+electric+stimulation+entrains+cortical+neuronal+populations+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Transcranial electric stimulation entrains cortical neuronal populations in rats.</a> J. Neurosci. 30 (34), 11476-11485 (2010).</li>
<li>Helfrich, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entrainment+of+brain+oscillations+by+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation.</a> Curr. Biol. 24 (3), 333-339 (2014).</li>
<li>Bergmann, T. O., Karabanov, A., Hartwigsen, G., Thielscher, A., Siebner, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+non-invasive+transcranial+brain+stimulation+with+neuroimaging+and+electrophysiology%3A+Current+approaches+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Combining non-invasive transcranial brain stimulation with neuroimaging and electrophysiology: Current approaches and future perspectives.</a> Neuroimage. 140, 4-19 (2016).</li>
<li>Feher, K. D., Morishima, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concurrent+Electroencephalography+Recording+During+Transcranial+Alternating+Current+Stimulation+%28tACS%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Concurrent Electroencephalography Recording During Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS).</a> J. Vis. Exp. (107), e53527(2016).</li>
<li>Antal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparatively+weak+after-effects+of+transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29+on+cortical+excitability+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimul%22%5BJournal%5D)">Comparatively weak after-effects of transcranial alternating current stimulation (tACS) on cortical excitability in humans.</a> Brain Stimul. 1 (2), 97-105 (2008).</li>
<li>Struber, D., Rach, S., Neuling, T., Herrmann, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+possible+role+of+stimulation+duration+for+after-effects+of+transcranial+alternating+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Cell+Neurosci%22%5BJournal%5D)">On the possible role of stimulation duration for after-effects of transcranial alternating current stimulation.</a> Front Cell Neurosci. 9, 311(2015).</li>
<li>Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+specific+modulation+of+human+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Psychol%22%5BJournal%5D)">Frequency specific modulation of human somatosensory cortex.</a> Front Psychol. 2, (2011).</li>
<li>Feurra, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-dependent+tuning+of+the+human+motor+system+induced+by+transcranial+oscillatory+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Frequency-dependent tuning of the human motor system induced by transcranial oscillatory potentials.</a> J. Neurosci. 31 (34), 12165-12170 (2011).</li>
<li>Feurra, M., Paulus, W., Walsh, V., Kanai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+specific+modulation+of+human+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Psychol%22%5BJournal%5D)">Frequency specific modulation of human somatosensory cortex.</a> Front Psychol. 2, (2011).</li>
<li>Feurra, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State-dependent+effects+of+transcranial+oscillatory+currents+on+the+motor+system%3A+what+you+think+matters%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">State-dependent effects of transcranial oscillatory currents on the motor system: what you think matters.</a> J. Neurosci. 33 (44), 17483-17489 (2013).</li>
<li>Feurra, M., Galli, G., Pavone, E. F., Rossi, A., Rossi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-specific+insight+into+short-term+memory+capacity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Frequency-specific insight into short-term memory capacity.</a> J. Neurophysiol. 116 (1), 153-158 (2016).</li>
<li>Kanai, R., Paulus, W., Walsh, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation+%28tACS%29+modulates+cortical+excitability+as+assessed+by+TMS-induced+phosphene+thresholds%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation (tACS) modulates cortical excitability as assessed by TMS-induced phosphene thresholds.</a> Clin. Neurophysiol. 121 (9), 1551-1554 (2010).</li>
<li>Polania, R., Moisa, M., Opitz, A., Grueschow, M., Ruff, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+precision+of+value-based+choices+depends+causally+on+fronto-parietal+phase+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">The precision of value-based choices depends causally on fronto-parietal phase coupling.</a> Nat. Commun. 6, 8090(2015).</li>
<li>Santarnecchi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-dependent+enhancement+of+fluid+intelligence+induced+by+transcranial+oscillatory+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Frequency-dependent enhancement of fluid intelligence induced by transcranial oscillatory potentials.</a> Curr. Biol. 23 (15), 1449-1453 (2013).</li>
<li>Santarnecchi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Individual+differences+and+specificity+of+prefrontal+gamma+frequency-tACS+on+fluid+intelligence+capabilities%5BTitle%5D)+AND+%22Cortex%22%5BJournal%5D)">Individual differences and specificity of prefrontal gamma frequency-tACS on fluid intelligence capabilities.</a> Cortex. 75, 33-43 (2016).</li>
<li>Dayan, E., Censor, N., Buch, E. R., Sandrini, M., Cohen, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+brain+stimulation%3A+from+physiology+to+network+dynamics+and+back%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Noninvasive brain stimulation: from physiology to network dynamics and back.</a> Nat. Neurosci. 16 (7), 838-844 (2013).</li>
<li>Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety%2C+ethical+considerations%2C+and+application+guidelines+for+the+use+of+transcranial+magnetic+stimulation+in+clinical+practice+and+research%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research.</a> Clin. Neurophysiol. 120 (12), 2008-2039 (2009).</li>
<li>Nasseri, P., Nitsche, M. A., Ekhtiari, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+framework+for+categorizing+electrode+montages+in+transcranial+direct+current+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">A framework for categorizing electrode montages in transcranial direct current stimulation.</a> Front Hum. Neurosci. 9, 54(2015).</li>
<li>Rossini, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+electrical+and+magnetic+stimulation+of+the+brain%2C+spinal+cord%2C+roots+and+peripheral+nerves%3A+Basic+principles+and+procedures+for+routine+clinical+and+research+application.+An+updated+report+from+an+I.F.C.N.+Committee%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee.</a> Clin.Neurophysiol. 126 (6), 1071-1107 (2015).</li>
<li>Guerra, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+Dependency+of+the+Human+Primary+Motor+Cortex+and+Cholinergic+Inhibition+Cancelation+During+Beta+tACS%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Phase Dependency of the Human Primary Motor Cortex and Cholinergic Inhibition Cancelation During Beta tACS.</a> Cereb. Cortex. 26 (10), 3977-3990 (2016).</li>
<li>Fertonani, A., Ferrari, C., Miniussi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+do+you+feel+if+I+apply+transcranial+electric+stimulation%3F+Safety%2C+sensations+and+secondary+induced+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">What do you feel if I apply transcranial electric stimulation? Safety, sensations and secondary induced effects.</a> Clin. Neurophysiol. 126 (11), 2181-2188 (2015).</li>
<li>Feurra, M., Galli, G., Rossi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation+affects+decision+making%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Syst.Neurosci%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation affects decision making.</a> Front Syst.Neurosci. 6, 39(2012).</li>
<li>Marshall, L., Helgadottir, H., Molle, M., Born, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boosting+slow+oscillations+during+sleep+potentiates+memory%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory.</a> Nature. 444 (7119), 610-613 (2006).</li>
<li>Sela, T., Kilim, A., Lavidor, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+alternating+current+stimulation+increases+risk-taking+behavior+in+the+balloon+analog+risk+task%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Transcranial alternating current stimulation increases risk-taking behavior in the balloon analog risk task.</a> Front Neurosci. 6, (2012).</li>
<li>Goldsworthy, M. R., Vallence, A. M., Yang, R., Pitcher, J. B., Ridding, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+transcranial+alternating+current+stimulation+and+continuous+theta+burst+stimulation%3A+a+novel+approach+for+neuroplasticity+induction%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Combined transcranial alternating current stimulation and continuous theta burst stimulation: a novel approach for neuroplasticity induction.</a> Eur. J. Neurosci. 43 (4), 572-579 (2016).</li>
<li>Bestmann, S., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+uses+and+interpretations+of+the+motor-evoked+potential+for+understanding+behaviour%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour.</a> Exp. Brain Res. 233 (3), 679-689 (2015).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

该方法提供了一个独特的机会，可通过记录运动诱发电位（MEPs）来测量皮质脊髓输出，从而直接检验对初级运动皮层进行经颅交流电刺激（tACS）的在线效应。然而，将经颅磁刺激（TMS）线圈放置在tACS电极上方是一个关键步骤，必须准确执行。因此，我们首先建议实验者通过单脉冲TMS确定靶点位置，然后在头皮上标记该点，之后再将tACS电极放置于该热点区域。此外，神经导航系统的使用对于精确定位单脉冲TMS的最佳靶点至关重要。在开始实验前，需确保受试者不存在任何经颅电刺激（tES）24和经颅磁刺激（TMS）20的禁忌症。
此外，经颅交流电刺激（tACS）电极在经颅磁刺激（TMS）线圈下的厚度和位置可能导致静息运动阈值（RMT）与标准操作流程下的结果不同。因此，在TMS线圈已放置于tACS电极上方后，测量RMT尤为重要。
TMS-tACS在线方法在基础研究和临床应用方面均代表了一项技术进步。由于大多数tACS证据表明，其效应在刺激期间显著，而在刺激...

经颅电刺激（tES）是一种神经调节技术，可通过不同的电流波形调节神经元状态1。在多种tES类型中，经颅交流电刺激（tACS）能够在特定频率范围内施加正弦波外部振荡电位，从而调节感知、运动和认知过程背后的生理性神经活动2。利用tACS，可研究内源性振荡活动与脑功能之间潜在的因果关系。
在活体（in vivo）条件下，已有研究表明，神经元的脉冲放电活动在不同驱动频率下会同步发生，提示神经元放电可被外加电场所“夹带”（entrained）3。在动物模型中，微弱的正弦经颅交流电刺激（tACS）能够夹带广泛皮层神经元群的放电频率4。在人类中，tACS 与在线脑电图（Electroencephalography, EEG）结合，可通过频率特异性地与脑节律相互作用，诱导内源性振荡活动产生所谓的“夹带”（&#34;Entrainment&#34;）效应5。然而，由于交流电诱发的伪迹问题，将 tACS 与神经影像技术结合以更深入理解其在线作用机制仍存在争议6。此外，在未使用环形电极的情况下，无法直接记录刺激靶区上方的 EEG 信号，而环形电极本身也是一种存在争议的解决方案7。因此，目前针对该主题的系统性研究仍显不足。
迄今为止，关于经颅交流电刺激（tACS）在刺激停止后的持续效应，尚无明确证据。仅有少数研究表明，tACS对运动系统存在微弱且不明确的后效应8。此外，脑电图（EEG）证据也尚未清晰阐明tACS的后效应9。另一方面，大多数tACS研究均显示出显著的在线效应10,11,12,13,14,15,16,17,18，但由于技术限制，这些效应在生理层面难以测量。因此，本方法的总体目标是提供一种替代性方法，通过施加单脉冲经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS），来检验tACS对初级运动皮层（M1）的在线效应及频率依赖性效应。TMS使研究人员能够&#34;探测&#34;人类运动皮层的生理状态19。此外，通过记录受试者对侧手的运动诱发电位（Motor Evoked Potentials, MEP），我们可以研究正在进行的tACS的影响11。该方法使我们能够以无伪迹的方式，在不同频率的在线电刺激过程中，通过测量MEP幅值，精确监测皮质脊髓兴奋性的变化。此外，该方法还可用于检验tES其他任意波形的在线效应。
为了验证tACS与TMS的联合效应，我们将采用在初级运动皮层（M1）施加20 Hz交流刺激的实验方案，同时在线使用神经导航单脉冲TMS，以3至5秒的随机间隔进行刺激，以检测M1皮层兴奋性。

<table><tbody><tr><td>BrainStim 高分辨率经颅刺激器</td><td>E.M.S., 博洛尼亚, 意大利</td><td>EMS-BRAINSTIM</td><td></td></tr><tr><td>用于连接导电硅胶电极的1.5米长电缆对</td><td>E.M.S., 博洛尼亚, 意大利</td><td>EMS-CVBS15</td><td></td></tr><tr><td>可重复使用导电硅胶电极 50×50 mm</td><td>E.M.S., 博洛尼亚, 意大利</td><td>FIA-PG970/2</td><td></td></tr><tr><td>可重复使用Spontex海绵电极 50×100 mm</td><td>E.M.S., 博洛尼亚, 意大利</td><td>FIA-PG916S</td><td></td></tr><tr><td>橡胶绑带 &amp;ndash; 75 cm</td><td>E.M.S., 博洛尼亚, 意大利</td><td>FIA-ER-PG905/8</td><td></td></tr><tr><td>塑料无创按钮</td><td>E.M.S., 博洛尼亚, 意大利</td><td>FIA-PG905/99</td><td></td></tr><tr><td>Brainstim</td><td>E.M.S., 博洛尼亚, 意大利</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MagPro X100 MagOption - 经颅磁刺激器</td><td>MagVenture, 法鲁姆, 丹麦</td><td>9016E0731</td><td></td></tr><tr><td>8字形线圈 MC-B65-HO-2</td><td>MagVenture, 法鲁姆, 丹麦</td><td>9016E0462</td><td></td></tr><tr><td>带颈托的座椅</td><td>MagVenture, 法鲁姆, 丹麦</td><td>9016B0081</td><td></td></tr><tr><td>Localite TMS Navigator - 导航平台，高级版</td><td>Localite, GmbH, 德国</td><td>21223</td><td></td></tr><tr><td>Localite TMS Navigator - 基于磁共振的软件，用于导入形态学磁共振图像数据（DICOM, NifTi）</td><td>Localite, GmbH, 德国</td><td>10226</td><td></td></tr><tr><td>MagVenture 24.8 线圈追踪器，Geom 1</td><td>Localite, GmbH, 德国</td><td>5221</td><td></td></tr><tr><td>表面肌电图电极导线</td><td>&amp;nbsp;EBNeuro, 意大利&amp;nbsp;</td><td>6515</td><td></td></tr><tr><td>脑电图/肌电图用表面电极</td><td>&amp;nbsp;EBNeuro, 意大利&amp;nbsp;</td><td>6515</td><td></td></tr><tr><td>BrainAmp ExG 放大器 - 双极放大器&amp;nbsp;</td><td>Brain Products, GmbH, 德国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;BrainVision Recorder 1.21.0004&amp;nbsp;</td><td>Brain Products, GmbH, 德国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nuprep 皮肤准备凝胶&amp;nbsp;</td><td>Weaver and Company, 美国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>注射器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>胶带</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NaCl 溶液</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

经颅交流电刺激对初级运动皮层的影响：与经颅磁刺激在线联合应用的方法

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

经颅交流电刺激（tACS）是一种神经调控技术，能够通过特定频率的正弦电波形发挥作用，进而调节持续的皮层振荡活动。该神经工具可建立内源性振荡活动与行为之间的因果关系。大多数tACS研究已揭示了tACS的在线效应。然而，由于交流电会在脑电图（EEG）信号中引发干扰伪迹，目前对该技术作用机制的了解仍然有限。本文展示了一种独特的方法，通过单脉冲经颅磁刺激（TMS）探测皮层兴奋性的变化，以研究初级运动皮层（M1）tACS的在线生理频率特异性效应。在本实验设置中，TMS线圈置于tACS电极上方，同时采集运动诱发电位（MEPs），以检测正在进行的M1-tACS的影响。迄今为止，该方法主要被用于研究视觉和运动系统。然而，当前的tACS-TMS联合设置可为未来认知功能的研究开辟新路径。因此，我们提供了该操作流程的分步手册及视频指南。

Kanai 等 在2010年首次展示了经颅交流电刺激（tACS）与经颅磁刺激（TMS）联合应用的证据。在该研究中，作者在初级视觉皮层（V1）上施加tACS，证明了通过在线TMS诱导的光幻视感知所测量的视觉皮层兴奋性存在频率特异性调节15。Feurra 等 在2011年采用了一种更为精细的实验方案，用于研究运动皮层兴奋性的生理调节。为此，他们在持续施加tACS的同时，记录单脉冲TMS诱发的运动诱发电位（MEPs）（图4）。作者报告了首个因果性证据，表明20 Hz的刺激能够增强相对于其他对照频率、对照部位（顶叶刺激）和对照实验（外周尺神经实验）的皮质脊髓输出，从而可能对M1区固有的静息Beta节律（约20 Hz）产生同步化作用11（图5）。
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经颅交流电刺激（tACS）能够以频率特异性的方式调节皮层兴奋性。本文展示了一种独特的方法，将在线tACS与单脉冲经颅磁刺激（TMS）相结合，通过运动诱发电位来“探测”皮层兴奋性。

经颅交流电刺激（tACS）是一种神经调节技术，能够通过特定频率的正弦电波形发挥作用……

本实验的总体目标是通过一种新型在线联合方法，利用单通路经颅磁刺激来评估经颅交流电刺激持续效应的调节作用。经颅电刺激是一种神经调控技术，可通过不同的电流波形影响神经元状态，常用于神经科学研究以探究大脑的运动和认知功能。最常用的方法基于直流刺激、随机噪声和交流刺激，这些方法能够诱导神经元活动的变化，无论是在神经元内部还是外部，均可改变静息膜电位，从而调节神经元突触效率。经颅交流电刺激（TACS）使我们能够在特定频率范围内施加正弦波形式的外部振荡电位。通过对外源性振荡活动施加所谓的“同步效应”。本文介绍了一种新方法，该方法在持续刺激初级运动皮层的过程中，结合经颅交流电刺激（TACS）与单脉冲中枢运动刺激（CMS）。该方法使我们能够利用单脉冲经颅磁刺激（TMS）诱发的运动诱发电位，实时检测交流电刺激对初级运动皮层的影响。我们将展示用于通过初级运动皮层刺激实施在线联合经颅交流电刺激-经颅磁刺激（TACS-TMS）方案所需的全套设备。设备清单包括能够产生交流电的电刺激装置，例如 BrainStim。该装置通过两个尺寸为五至七厘米、浸有生理盐水的海绵表面电极连接。为了尽量减少皮肤感觉，电极需完全浸透生理盐水溶液，以在整个刺激过程中将阻抗保持在10千欧姆以下。使用特定的弹性绑带将目标电极放置于头皮上对应初级运动皮层热点的位置，而参考电极则使用胶带放置于同侧肩部，这种配置称为单极导联。在人类中，不同频率的振荡反映了与不同神经网络活动状态相关的行为和认知过程。通常通过脑电图或脑磁图测量。人脑中的振荡频率范围从超慢速到超快速振荡，这些振荡通常同时存在，并可相互调节和相互作用。然而，振荡活动与大脑过程之间的关联始终是通过相关性方法建立的。因此，脑振荡究竟是直接反映了皮层信息处理的基本机制，还仅仅是一种伴随现象，这一问题至今仍未解决。通过使用经颅交流电刺激（TACS），我们可以以频率特异性的方式对脑振荡进行因果性调控，进而影响与静息态、感知和认知过程相关的生理神经活动。使用 BrainStim 设备设置 TCS 协议时，首先检查电池状态。然后通过我们的专用软件调节刺激参数，包括电流的频率、持续时间和波形。并通过蓝牙连接传输到设备。使用软件打开一个新会话，并创建或管理一个新的实验方案或刺激程序。例如，该实验方案将被命名为 Beta。设置刺激频率，在本例中为 20 Hz，将波形调节为正弦波，并设定刺激方案的总持续时间，例如 600 秒。最后将刺激强度设为 1 毫安，偏移量、淡入、淡出以及渐变均设为零。然后在设备上启用蓝牙功能后，将方案从软件上传至刺激器。然后检查该方案是否已成功传输至设备。接下来进行经颅磁刺激（TMS）部分。首先放置表面肌电图（EMG）电极，用于通过单脉冲TMS测量运动诱发电位。使用清洁磨砂膏清洁所有电极下方的皮肤，以获得较低的皮肤阻抗，低于10千欧。此处我们选取了第一背侧指间肌，并采用双极性肌腹-肌腱导联方式。将作用电极置于肌肉上，参考电极置于远端两厘米处的骨头上，接地电极置于更近端的前臂上。通过连接盒将银-氯化银电极连接至BrainAmp直流放大器，用于测量运动诱发电位。我们使用无框架经颅磁刺激（TMS）导航系统LocalEye TMS导航仪，以实现TMS线圈的准确定位。首先，将追踪传感器放置于受试者的前额部位。进行经颅磁刺激（TMS）时，我们采用双相模式的磁刺激器和一个H形75毫米摆动式红色刺激线圈。然后利用受试者的结构T1加权MRI视频，通过导航系统在3D MRI头部模型中实时呈现受试者头部的位置。随后，将线圈精确定位于大脑初级运动区，即所谓的运动隆起区域。然后开始测试单次经颅磁刺激（TMS）运动诱发电位。一旦确定所研究手部模型皮层表征的最佳热点位置，即标记该位置，用于后续经颅电刺激（TCS）目标电极的放置。根据头部中心位置，仔细调整第一条弹性头带。然后使用第二条带子确定目标电极的位置。当经颅电刺激（TCS）电极已放置于颅骨和同侧肩部后，将其连接至刺激器。在开始刺激前，需通过视觉检查确认目标电极的中心位于标记的热点位置。然后，通过神经导航系统重新调整强度和方向，将经颅磁刺激（TMS）线圈置于经颅电刺激（TCS）电极之上，以重新定位激活热点。在此阶段，结合目标电极的厚度，采用静息状态模型阈值法确定该新型TCS-TMS联合刺激 montage 的刺激参数。在整个实验过程中，将刺激强度设定为受试者静息运动阈值的110%。大多数经颅电刺激（TCS）研究均显示出显著的在线效应，但关于刺激停止后TCS的持久效应，目前仍缺乏明确证据。文献中仅有少数研究表明，与使用在线TCS相比，其后续效应较弱且不明确。此外，现有证据对于TCS的后续效应同样尚不清晰。体内研究表明，神经元放电活动的峰电位与不同的驱动频率同步，提示神经元放电可被外加电场所驱动而产生节律性同步。因此，在动物模型中，微弱的正弦经颅刺激（TCS）可使广泛分布的皮层神经元脉冲放电频率发生同步化。在人体中，近期证据表明在线TCS可对脑电（EG）特征产生同步化效应。然而，经颅联合刺激（TCS）-表皮电图（EG）方法仍存在疑问，首先是因为交流电引起的伪迹，其次是因为实际上无法直接捕捉到刺激区域的EG信号。这种结合了TCS与经颅磁刺激（TMS）的 montage 能够通过使用初级运动皮层的单脉冲TMS作为探针，特别地观察到对皮质脊髓输出的在线频率特异性TCS效应。因此，在给予随机间隔（3至5秒）的在线单脉冲TMS的同时，启动20 Hz的电刺激方案。例如，我们可以展示在在线20 Hz经颅交流电刺激（TCS）期间，运动诱发电位振幅相较于10 Hz或假刺激条件下的增加。在此图中，您可以看到一个实验设计示例，其中经颅磁刺激（TMS）线圈放置在目标TCS电极上方。本实验中，红色电极置于左侧运动皮层和右侧顶叶皮层。将蓝色参考电极放置于对应国际10-20系统PZ位置的中线处。线圈固定在覆盖于左侧运动皮层的海绵电极上。所刺激的人类运动皮层其活动频率约为20 Hz。多位长期合作者通过在20 Hz频率下施加刺激时观察到皮质-脊髓兴奋性的即时增强，提供了人类静息状态下存在20 Hz活动的关键证据。图中Y轴表示在经颅磁刺激单脉冲测量下获得的平均运动诱发电位（MEP）幅值，此时经颅电刺激（TCS）正在持续进行；X轴表示不同的刺激频率。只有以20 Hz频率在运动皮层施加的经颅交流电刺激（TCS）能够增强皮质脊髓输出，而在其他频率下施加的刺激或在顶叶皮层进行的刺激均未产生显著效应。这是首次通过经颅交流电刺激（TACS）与经颅磁刺激（TMS）联合方法测量得到的关于TCS在运动皮层产生在线频率特异性效应的证据。联合使用TMS和TACS的基本原理在于二者所提供的信息不同。通过记录对侧手部对应于初级运动皮层的运动诱发电位，我们可以检测持续进行的经颅电刺激（TCS）在无伪迹情况下的效应。这使得我们能够以无伪迹的方式，在不同频率电刺激过程中，通过运动诱发电位精确监测皮层兴奋性的变化。这种新方法可用于测试其他任何形式经颅电刺激的在线效应。

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科研

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Neuroscience

神经科学

经颅磁刺激在线联合方法对经颅交流电刺激对原发性运动皮层的影响

来源： Kuhn, Y. 等 初级运动皮层内的皮层内抑制可通过改变注意力焦点进行调节。 视频实验杂志...

经颅磁刺激调节人体肌肉反应

来源：Stefanou, M., et.al. 基于脑状态的脑刺激结合实时脑电图触发经颅磁刺激。J. Vis. Exp.

实时脑电图触发的经颅磁刺激用于皮层兴奋性研究

来源：Charalambos, C. C., 等。利用导航经颅磁刺激对踝部肌肉的皮质脊髓通路进行双侧评估。J. Vis. Exp.

使用经颅磁刺激评估皮质脊髓通路

来源：Lioumis, P. 等。背外侧前额叶皮层的经颅磁刺激联合脑电图记录。 J. Vis. Exp.

背外侧前额叶皮层的经颅磁刺激联合脑电图检测

本文介绍了一种在功能性磁共振成像（fMRI）揭示的脑区激活引导下，同步采集经颅磁刺激（TMS）期间脑电图（EEG）数据并进行分析的方法。同时描述了TMS伪迹去除及事件相关电位提取的方法，以及实验范式设计和实验设置中的注意事项。...

从经功能性磁共振成像引导的经颅磁刺激期间记录的脑电图数据中提取视觉诱发电位

本文旨在介绍一种将经颅直流电刺激（tDCS）与质子磁共振波谱（1H-MRS）测量相结合的基本实验方案，以研究双侧刺激对初级运动皮层代谢的影响。...

利用磁共振波谱作为测量双侧经颅电刺激对初级运动皮层代谢影响的工具

无创电刺激大脑可调节皮层功能和行为，既可用于科研，也可用于临床。本方案描述了调节人类运动系统的不同脑刺激方法。...

用于调节人类运动功能的非侵入性电刺激脑部电极布局

经颅交流电刺激（tACS）是一种用于无创研究脑振荡的有前景的工具，但其效应尚未完全明确。本文介绍了一种安全且可靠的实验装置，可实现经颅交流电刺激与功能性磁共振成像的同步应用，有助于加深对脑部振荡功能及tACS效应的理解。...

同步经颅交流电刺激与功能磁共振成像

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。...

背外侧前额叶皮层的经颅磁刺激联合脑电图记录

本文介绍了一种利用经颅磁刺激测量和增强功能特异性神经通路的新方法。这些先进的非侵入性脑刺激技术为理解脑与行为之间的关系以及开发治疗脑部疾病的新疗法提供了新的机遇。...

利用经颅磁刺激测量和调控人类运动系统中功能特异性神经通路

本文介绍了一种实验方案，旨在阐述如何利用经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS）联合肌电图（electromyography,...

评估初级运动皮层兴奋性及通过经颅磁刺激与肌电图联合检测兴奋性调节

了解经颅交流电刺激与单脉冲经颅磁刺激在线联合方法，用于实时评估初级运动皮层兴奋性。该技术可探测频率特异性神经调控对皮质脊髓输出的影响。

经颅交流电刺激对初级运动皮层的影响：与经颅磁刺激在线联合应用的方法

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