Name: 用于语音皮质映射的导航重复经颅磁刺激的研究设计 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-24T14:05:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: 了解导航重复经颅磁刺激技术用于语音皮质映射的研究方法。该技术为非侵入性替代方案，可辅助术前评估和脑外科手术规划，通过调整刺激参数实现精准的语言功能区定位。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Pantelis Lioumis 获得了赫尔辛基大学中心医院 VTR 基金（TYH2022224）的支持，Salla Autti 获得了Päivikki和Sakari Sohlberg基金会的支持，Hanna Renvall 获得了Paulo基金会和芬兰科学院（基金号321460）的支持。

本研究已获得赫尔辛基和新地区医院区伦理委员会的批准。在操作前，已从每位受试者处获得参与知情同意书。
1. 结构像的制备
<ol>
	<li>为每位受试者采集全头部的高分辨率T1加权结构磁共振成像（建议采用0 mm层间距和1 mm层厚）。按照神经导航系统说明书的要求获取图像。</li>
	<li>将磁共振图像以其支持的格式（通常为DICOM或NifTI）上传至导航系统。</li>
	<li>检查磁共振图像，排查任何错误（例如耳垂脊中点或鼻根点模糊、噪声干扰或三维模型重建中的位置偏差）。</li>
	<li>在轴向、矢状和冠状MRI切面中找到解剖标志点（即每侧耳垂脊的中点以及鼻根点），通过点击各切面中的十字准线功能进行标记，并用鼠标左键选择精确位置。然后用鼠标点击&#34;添加标志点&#34;按钮。</li>
	<li>插入感兴趣脑区的分区图谱（例如，通过其他功能成像方法[MEG、fMRI、PET]确定，或基于MRI数据库或图谱）21。选择&#34;叠加图像&#34;功能。</li>
</ol>
2. 神经导航的准备工作
<ol>
	<li>检查受试者头颈部区域是否含有任何金属物品（例如耳环），并确保不存在颅内金属夹等绝对禁忌证。</li>
	<li>将受试者安置于检查椅上。调节座椅，使其坐姿舒适，颈部、手部和腿部均处于放松状态。调整座椅高度，以便操作者能够舒适地刺激待测半脑的整个区域。</li>
	<li>放置头部追踪器，确保其在刺激过程中保持稳定（可使用贴纸或绑带固定），且不妨碍经颅磁刺激线圈在头部自由移动，特别是在颞区区域。若刺激左侧大脑半球，追踪器可略微置于前额右侧，反之亦然，以确保前额叶区域可被有效刺激。</li>
	<li>将受试者头部与基于MRI重建的三维头部模型进行共定位。使用数字化笔在受试者头部标记先前在MRI图像上选定的关键解剖点（如鼻根点、耳前点）。在颅骨表面采集更多数字化点，以降低最终的配准误差。将数字化笔置于三维头部模型上每个高亮位置，当导航屏幕上对应点开始闪烁时，踩下左脚踏板。</li>
	<li>即使总体配准误差在可接受范围内（低于4 mm），也需验证配准结果。用数字化笔尖触碰受试者头部，目视确认该笔尖在基于MRI的三维模型表面所对应的位置是否准确。若位置不符，需重复步骤2.1–2.4。</li>
	<li>开始刺激前，确保受试者和操作者均佩戴听力保护装置。</li>
</ol>
3. 确定M1刺激的热点和运动阈值
<ol>
	<li>为确定静息运动阈值（rMT），选择右手的一个远端手部肌肉（例如拇短展肌 [APB]）。 
	注：运动阈值用于定义初始刺激强度，后续可根据下文说明进行调整。因此，任何远端手部肌肉均可用于此目的。</li>
	<li>将一个一次性凝胶电极（直径：约30 mm）放置在右拇短展肌（肌肉肌腹处），另一个电极放置在拇指中段（肌腱处）。接地电极置于腕部附近（或遵循设备制造商的指南）。</li>
	<li>将电极连接至肌电图（EMG）&#160;放大器，并通过观察连续的EMG&#160;信号来确认拇短展肌处于静息状态。若记录的肌肉难以完全放松，则调整手部位置。</li>
	<li>寻找确定拇短展肌运动阈值的皮质热点。从运动手区隆起部位22开始，施加数次经颅磁刺激（TMS）脉冲，并通过移动和旋转线圈，直至出现拇短展肌运动诱发电位（MEPs）。 
	注：通常，拇指的运动代表区位于手区隆起侧壁的垂直方向。
	<ol>
		<li>选择一个可诱发约200–500 µV MEPs的TMS刺激强度。通过微调线圈角度，优化线圈位置和方向，以诱发最大幅度的MEPs。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在神经导航软件中，通过右键单击对应于热点位置的脉冲编号，并选择重复刺激的选项，保存最佳线圈位置。重复施加刺激，并通过右键单击热点位置，在神经导航软件中选择“运动阈值”选项，启动自动阈值搜索算法23。</li>
	<li>若上述功能不可用，则采用以下规则：在20次试验中，TMS脉冲需诱发10次MEPs（≥50 µV）24。</li>
</ol>
4. 图像的基线命名
<ol>
	<li>在基线物体命名任务之前，让受试者熟悉图像11,12。打印图像（或以数字形式展示），并在正式实验开始前让受试者进行练习（受试者也可在家中练习）。
	<ol>
		<li>使用经过适当标准化的规范化彩色图像（例如，来自标准化刺激库25；补充图1）。</li>
		<li>仅选用日常环境中常见、同义词极少且命名一致性高的图像。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>如有条件，按照Vitikainen等人的方法26，在喉部和声带上方的皮肤上安装加速度计，以记录言语起始时间。</li>
	<li>逐一展示图像给受试者，并要求其在无刺激条件下大声说出图像名称。
	<ol>
		<li>将图像呈现在距离受试者0.5-1米的屏幕上。</li>
		<li>每张图像的显示时间为700-1,000毫秒。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>调整图像间间隔（IPI），使任务对每位受试者具有适度挑战性（例如，起始设置为2,500毫秒，范围在1,500-4,000毫秒之间调整）。
	<ol>
		<li>若在基线命名任务中出现较多错误，则以200-300毫秒为步长逐步增加IPI；若任务过于简单，则以相同步长逐步减少IPI。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在使用nrTMS进行实际言语映射会话时，排除在基线测试中未充分训练、命名不正确、发音不清晰、构音错误、延迟或犹豫命名、或对受试者而言明显困难的图像。</li>
	<li>重复执行基线命名任务三次，若表现不满意，则重复步骤4.3-4.5。</li>
</ol>
5. 语言皮层定位映射
<ol>
	<li>通过以刺激器输出的1%为步长逐步增加或减少刺激强度，调节刺激强度，使每个目标区域接收到与手部肌肉静息运动阈值（rMT）对应的皮质手部运动热点处所定义的相同感应电场（E场）。通常，与额颞部目标相比，顶叶区域需要施加更高的刺激强度，才能达到与rMT热点相似的皮层E场。
	<ol>
		<li>当刺激靠近头皮表面的皮层结构时（E场高于预定义的rMT E场），应降低刺激强度。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在开始刺激前，检查双侧半球不同语言相关区域的感应E场值是否大致相近（差异在2–3 V/m以内）。
	<ol>
		<li>如有需要，调整皮层深度（剥离深度）。</li>
		<li>确保线圈中心未悬空于空气中。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>初始图片至经颅磁刺激间隔（PTI）设为300 ms，或使用0–400 ms的PTI；建议PTI超过150 ms，以优化刺激与语言处理过程的时间重叠。</li>
	<li>以5 Hz的刺激频率开始，先给予五次脉冲。起始时选择与语言处理无关的皮层区域，使受试者适应刺激引起的感觉，随后将线圈移至预期的语言相关区域。</li>
	<li>在脉冲序列结束且受试者完成命名之前，保持线圈位置不变。</li>
	<li>重点关注受试者的表现，具体如下：
	<ol>
		<li>若未观察到错误，则继续下一个位点。</li>
		<li>若观察到错误，甚至轻微犹豫，应在该位点继续施加额外2至3组nrTMS刺激序列，然后继续下一个位点。记录该位点，以备后续可能再次刺激。</li>
		<li>即使检测到轻微错误（例如轻微犹豫，或因用力增加导致命名时声音变大），也应进行微小的线圈位置调整，以诱发更明显的错误。</li>
		<li>避免在同一刺激位点连续重复刺激超过五组。可先继续其他皮层位点的刺激，稍后再返回该位点。</li>
		<li>若在多个刺激位点反复出现错误，可将线圈抬离头皮悬于空中，检查错误是否仍然发生。</li>
		<li>若错误仍持续出现，应暂停实验，等待命名能力恢复正常。 
		&#8203;注意：若语言相关区域受到肿瘤或其他病变影响，可能出现与刺激无关的重复性命名错误。</li>
		<li>连续刺激时间以7–10分钟（最大）为一个区块，区块之间休息2–5分钟。 
		注意：长时间刺激或受试者疲劳时，错误更易发生。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>刺激所有可能相关的解剖区域（例如：IFG、STG、SMG、中颞回、中央前回、中央后回、角回以及前额叶皮层），以获得尽可能多的对照反应。</li>
	<li>如可行且/或临床支持，应对双侧半球均进行刺激。即使肿瘤区域或病变估计位置不属于经典语言相关区域，也应谨慎地在肿瘤内部及其周围区域进行刺激（适用于肿瘤和癫痫患者）。
	<ol>
		<li>检查远离病变部位的皮层区域，以识别由于可塑性改变或占位效应导致的语言功能区空间位移，尤其是在病灶较大的患者中。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>若映射过程中引起疼痛或不适，可将TMS强度以最大输出的2%–5%为步长逐步降低。</li>
	<li>若受试者无法耐受刺激引起的疼痛或不适，应立即停止测量。</li>
</ol>
6. 未出现命名错误时的策略
<ol>
	<li>终止刺激，并更改刺激参数。</li>
	<li>以 200 毫秒为步长，逐步减少IPI（例如，从默认值 2,500 毫秒降至 2,300 毫秒）。</li>
	<li>将脉冲传递频率从 5 Hz 更改为 7 Hz。调整呈现图像与rTMS开始之间的时间间隔（目前尚无共识表明应增加或减少该间隔）。提高刺激强度（以不引起不适为限）。</li>
</ol>
7. 诱发命名错误的离线分析
<ol>
	<li>与专家（如神经心理学家）合作，该专家最好能在手术室中在场。</li>
	<li>通过观察视频记录中的线圈定位情况以及可能的疼痛干扰，再次核对诱发的命名错误。</li>
	<li>根据 Corina 等人27 的分类方法对错误进行分类（例如：失命名、语义性错语、音位性错语、操作性错误）。
	<ol>
		<li>如果某一类错误在基线视频中反复出现，则在分析刺激阶段视频时不应将其视为错误。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>如果在 rTMS 脉冲序列结束后才命名出物体，应视为延迟反应或无错误；同时需检查受试者在脉冲传递过程中是否存在不适感。</li>
	<li>如果受试者虽有舌头、嘴唇和下颌的运动，但仍无法命名某一特定物体，记录为无反应错误。</li>
	<li>如果某一图像在每次实验中的命名均不相同，则剔除该图像。</li>
	<li>若存在疑问，可通过同一图像控制邻近刺激位点的表现，或对侧半球相同图像刺激的效果作为对照。</li>
</ol>

P.L. 曾担任 Nexstim 公司在运动和语言皮层定位方面的顾问。

本文介绍了一种用于语言功能区非侵入性映射的nrTMS SCM技术方案，可实现对言语和语言网络中最重要中枢的几乎完整的无创皮层定位。其主要优势在于，能够在术中清醒开颅手术30或术外环境29中非侵入性地模拟直流电刺激（DCS）映射（见图2）。此外，该技术还可应用于健康人群的语言皮层网络研究31，以及无法接受手术治疗的患者群体的相关疾病研究32。nrTMS用于语言功能区映射还可为神经康复策略的制定提供支持，例如在卒中后确定干预靶点。已有研究探讨了术前通过DCS诱导言语相关皮层表征的可塑性，以扩大肿瘤切除范围3334。nrTMS SCM在类似研究中的应用潜力仍有待进一步探索。
在当前的结果中，一个相对较大的区域被反复刺激，该区域包括经典的与言语相关的脑区以及辅助运动前区（pre-SMA），刺激在三个不同的刺激后时间间隔（PTI）下进行。每个PTI对错误的敏感性和特异性各不相同，但也表现出非侵入性脑刺激中众所周知的反应变异性35。大多数错误是由对额下回（IFG）、颞上回（STG）、辅助运动前区（pre-SMA）以及额斜束（frontal aslant tract）的刺激所诱发的36。这凸显了nrTMS脑网络映射（SCM）的强大能力；特别是与直流电刺激（DCS）相比，其刺激可更为灵活地靶向多个脑区。我们观察到，改变PTI并记录多次会话并未明显加快反应时间26,29，而反应时间的加快通常与学习效应相关。
该方案强调了可能影响 nrTMS SCM 准确性的不同参数。结果可能对经颅磁刺激（TMS）操作者的选择较为敏感；本文旨在提供一套经过充分验证的刺激参数标准操作指南。高特异性结果源于对多个不同参数的恰当选择，包括刺激间间隔（ISI）、配对脉冲间间隔（PTI）、线圈位置以及重复经颅磁刺激（rTMS）频率。这些参数会影响所诱发错误的特异性，而这些错误反映了相应皮层区域的功能；因此，&#160;参数的选择必须基于当前关于语言神经生物学的科学认知。
命名任务所用图像的选择应确保其本身不会引发错误的命名（补充图&#160;1）。本研究中，图像选自标准化图像库，并对多种命名参数进行了控制25,37。例如，图像库中的图片限定为日常使用中复杂度和使用频率相近、且命名一致性较高的物品。图像的选择可根据各外科中心的需求38、受试人群特征39&#160;、受试者的母语40,41以及所采用的任务类型42进行调整。如本方案所述，由于现场命名具有主观性，最终的图像选择将针对每位受试者进行个体化确定。
刺激频率需要根据个体情况单独确定，因为它可能影响导航经颅磁刺激过程中错误的分布43。本文所采用的4–8 Hz频率范围是基于Epstein等人的重复经颅磁刺激（rTMS）研究44。初始刺激频率设定为5 Hz。若未检测到错误，则将刺激频率提高至7 Hz。较高频率可能减轻由nrTMS引起的疼痛，并提高命名错误的特异性45。此外，较高频率的优势还在于可将脉冲限制在更短且更具特异性的时窗内。然而，较高频率也可能影响与例如言语运动执行相关的功能44,46，而这些功能并非本方案的主要目标。
建议将刺激间期（PTI）设置在150-400 ms之间。这一时间窗口在物体命名任务中对词汇提取至关重要28,47。该方案通过避免图像呈现后最初150 ms内发生的初级视觉加工干扰，以实现对言语特异性的优化，因为这一早期视觉处理可能影响物体命名，但与言语产生本身无关。PTI的推荐上限基于同一受试者在图片命名任务中的典型反应潜伏期28,48，且不同个体间最优值可能存在差异（见图1）。理想情况下，PTI的选择应基于个体化测量，尽管在临床实践中这可能带来操作上的挑战。赫尔辛基大学医院的常规方案通常以300 ms的PTI开始。此外，根据刺激脑区的不同调整PTI也可能具有实际意义12,13,49，这一点已在多项语言研究中得到提示28,47,50。然而，即使超出上述时间窗口的PTI，也可能诱发有助于术前评估的命名错误（参见Krieg等人的比较研究49，其采用0-300 ms的PTI）。
皮层语言网络分布广泛，且在个体间存在差异，尤其在肿瘤和癫痫患者中更为显著29,30,39。重复性经颅磁刺激（nrTMS）可诱发语言功能障碍，但个体间反应差异较大，这与清醒开颅术中电刺激所观察到的现象类似27,51。来自功能磁共振成像（fMRI）50、弥散张量成像（DTI）52,53,54 和脑磁图（MEG）55 的信息可用于指导经颅磁刺激（nTMS）的操作，从而使该技术针对每个个体进行个性化调整，提高特异性和准确性。nrTMS语言映射（SCM）的目标是提高定位的特异性，减少无反应者的比例，可靠地引导直接皮层刺激（DCS），或在缺乏资源和条件组建高度专业化团队时替代DCS。&#160;未来，多靶点经颅磁刺激（mTMS）可应用于该过程，无需物理移动刺激线圈即可刺激大脑皮层的不同区域56。
本方案可结合多种命名任务42,57 或其他认知任务（如计算、决策等）58进行。视频记录可揭示任务执行过程中的关键特征（例如，受试者出现面部痛苦表情，提示未引发运动性言语阻滞），而这些特征在刺激过程中可能被忽略。该设置还允许通过共同回看视频记录，向受试者询问nrTMS引发的体验与感觉，有助于区分由疼痛导致的错误与nrTMS的真实效应。最后，该方案可轻松调整，适用于不同受试者群体（例如双语个体31），并满足各外科或研究团队的具体需求。

在因脑部疾病（如癫痫或肿瘤）进行的神经外科手术中，必须优化切除范围，以保护支持重要功能的脑区。对于影响患者完整性和生活质量的关键区域（如与语言相关的区域），应在切除脑组织前对其进行明确界定。通常，仅依靠解剖标志无法单独识别这些区域1。目前，为手术决策而进行的语言功能区功能定位通常采用侵入性的电直接皮层刺激（DCS）方法，该方法可使神经外科医生了解每位患者关键皮层及皮层下结构的组织分布情况2。尽管在清醒开颅手术中进行DCS被公认为语言功能皮层定位的金&#160;标准，但其应用受到侵入性操作、方法学挑战以及给患者和手术团队带来高度压力等因素的限制。本方案描述了一种使用导航经颅磁刺激（navigated TMS 或 nTMS）的非侵入性语言皮层定位（SCM）方法。精确的非侵入性定位有助于手术规划，减少手术室（OR）中的操作时间、成本和风险，同时也为不适合接受清醒开颅手术的患者提供了替代选择3。
无创成像方法已显著促进术前规划。解剖磁共振成像（MRI）对于定位肿瘤和脑部病变至关重要；在神经导航4以及导航经颅磁刺激（TMS）定位5中，它可引导操作者到达目标皮层区域。基于扩散的磁共振成像（dMRI）纤维束成像可提供有关连接皮层区域的白质纤维束的详细信息5,6。在过去十年中，功能成像技术，尤其是功能磁共振成像（fMRI）和脑磁图（MEG），越来越多地用于术前运动和语言皮层定位（SCM）2,8,9。每种方法都为术前定位过程带来优势，例如可提供有关传统语言区（布罗卡区和韦尼克区）以外功能相关区域的信息。由于fMRI可及性高，已成为最常用的方法1；其在语言相关区域定位方面与直接皮层刺激（DCS）的比较结果存在差异2,10。然而，尽管功能成像能够识别参与功能的脑区，却无法确定这些区域是否对需要保留的功能具有关键作用。
导航重复经颅磁刺激（nrTMS）如今被用作术前无创性运动皮层定位的替代方法11,12nrTMS SCM 在识别与语言相关的皮层区域方面尤为高效，这些区域包括额下回（IFG）、颞上回（STG）和缘上回（SMG）。11,13该方法的一个优势在于，对刺激诱发的错误进行离线分析时，分析者无需知晓刺激位点，从而可以在不知晓刺激位置的情况下对错误进行判断 先验的 皮层位点与言语网络相关性的信息。这通过视频记录实现，使分析者能够比实际检查过程中更可靠地区分错误的细微差异，例如语义性错语和音位性错语。11,12nrTMS联合SCM方法目前在性能上优于单独使用MEG或fMRI进行语言定位10,14，可利用额外的功能或解剖学信息对nrTMS流程进行精细调整。术前采用nrTMS定位已被证实可缩短手术时间，减小开颅范围，并降低对功能区皮层的损伤15缩短住院时间，并实现更广泛的肿瘤组织切除，从而提高患者的生存率15nrTMS 已通过术中直接皮质刺激（DCS）映射验证；具体而言，nrTMS 在脊髓前角细胞（SCM）中的敏感性较高，但特异性仍较低，与 DCS 相比存在较多假阳性结果13,16.
目前，术前无创性基于重复经颅磁刺激（nrTMS）的语言功能定位（SCM）可用于辅助手术患者的筛选、帮助制定手术方案，并加快术中直接皮层刺激（DCS）的实施过程17。本文提供了如何实施nrTMS语言功能定位以获得可靠的语言特异性结果的详细说明。在积累实际操作经验后，建议的方案可根据患者个体情况和临床场所的具体需求进行适当调整。该方案还可进一步扩展至其他特定功能靶区，如语言产生（言语中断）18,19或视觉与认知功能20。

<table><tbody><tr><td>神经科表面电极</td><td>Ambu A/S</td><td>Ambu Neuroline Ground</td><td></td></tr><tr><td>神经科表面电极</td><td>Ambu A/S</td><td>Ambu Neuroline 720</td><td></td></tr><tr><td>离线言语错误分析仪</td><td>Nexstim Ltd</td><td>NexSpeech 2.1.0</td><td></td></tr><tr><td>单次使用表面电极</td><td>Ambu A/S</td><td>Ambu Neuroline 700</td><td></td></tr><tr><td>刺激器</td><td>Nexstim Ltd</td><td>NBS 4.3</td><td></td></tr></tbody></table>

导航重复经颅磁刺激用于语言皮层定位的研究设计

Study Design for Navigated Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Speech Cortical Mapping

在进行脑肿瘤或药物难治性癫痫手术前，应可靠地表征参与人类言语功能的皮层区域。通常通过有创的电直接皮层刺激（DCS）对语言功能区进行功能定位，以确定每位患者关键皮层及皮层下结构的组织方式。准确的术前无创功能定位有助于手术规划，减少手术室中的时间、成本和风险，并为不适合清醒开颅手术的患者提供替代方案。目前，MRI、fMRI、MEG和PET等无创成像方法已应用于术前设计与规划。尽管解剖和功能成像能够识别参与言语的脑区，但无法判断这些区域是否对言语功能至关重要。经颅磁刺激（TMS）通过在脑内诱导电场，无创地激活皮层神经元群。当以重复模式（rTMS）刺激与言语相关的皮层位点时，可产生类似于术中DCS所诱发的言语相关错误。rTMS结合神经导航（nrTMS）使神经外科医生能够在术前评估这些错误发生的位置，并据此规划DCS及手术方案，以保留语言功能。本文提供了一套使用nrTMS进行无创言语皮层定位（SCM）的详细操作流程。该方案可根据患者个体及临床需求进行适当调整，也可应用于健康受试者或不适合手术治疗的疾病患者的语言皮层网络研究。

采用一种带有集成屏幕和摄像头的导航经颅磁刺激系统。图1A-C 展示了在不同脉冲刺激间隔（180 ms、200 ms 和 215 ms）下，一名受试者在任务过程中出现的不同TMS诱发的命名错误。TMS脉冲时间对诱发错误数量的影响明显可见。换句话说，在不同的PTI下，不同脑区检测到与TMS相关的功能改变。即使在同一皮质位点，TMS脉冲的时间不同，诱发的错误数量也有所不同，这与脑磁图（MEG）研究结果一致，后者表明不同语言相关皮质区域的激活时间存在差异28。在一名难治性癫痫患者中，比较了术中直接皮质刺激（DCS）定位与固定PTI为300 ms的重复性导航经颅磁刺激（nrTMS）的结果，如图2所示。这些数据来自先前一项专注于癫痫的研究出版物29。
<img alt="脑活动错误可视化；包含语义、语音和操作错误的MRI扫描图像；示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64492/64492fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：健康志愿者基于3D MRI模型展示的nrTMS SCM结果示意图。（A）PTI为180 ms。（B）PTI为200 ms。（C）PTI为215 ms。除主要语言相关区域外，根据方案（步骤5.7）对辅助运动区前部（pre-SMA）进行了刺激。大多数错误出现在经典语言区（IFG、STG、SMG），但也出现在连接pre-SMA与布罗卡区的路径上（A和B中靠近中线的绿色斑点）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64492/64492fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
<img alt="使用神经活动标记物进行脑图谱绘制；三维扫描可视化；神经科学研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64492/64492fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 2"> 
图 2：一名难治性癫痫患者在术外直接皮质刺激（DCS）映射与固定 PTI 为 300 ms 的非侵入性经颅磁刺激（nrTMS）结果之间的比较。（A）13岁时进行的术外网格映射。黄色球体代表皮层上所有电极的位置。图中显示了电极刺激（2-5 mA）引起手部和口部运动反应（绿色圆圈）、命名中断（失命名；红色圆圈）以及句子重复中断（粉红色圆圈）的位点。（B）同一患者15岁时的nrTMS句法-语义映射（SCM）结果。图中显示了nrTMS诱发的失命名（红点）、语义性与语音性错语（黄点）以及犹豫现象（白点）的位点。具有高度可重复性和可靠错误诱发的区域已用圆圈标出。本图像的数据来自Lehtinen等人的研究29。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64492/64492fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
补充图1：nrTMS SCM实验中呈现的图像示例（括号内为芬兰语）。 (A) 衣架 (Henkari)。(B) 剪刀 (Sakset)。(C) 草莓 (Mansikka)。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64492/supplemfigure1.jpg" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>

导航重复经颅磁刺激是一种高效、无创的工具，可用于绘制与语言相关的皮层区域。它有助于设计脑部手术方案，并加快手术过程中进行的直接皮层刺激。本报告介绍了如何可靠地进行术前评估和研究中的语言皮层定位。

在进行脑肿瘤或药物难治性癫痫手术前，应可靠地确定参与人类言语功能的皮层区域。功能……

我们的方案具有非侵入性，且可与侵入性金标准相媲美。因此，该方案可协助在手术设计中筛选患者，并加快术中进行的直接皮层刺激。该技术能够实现精细的言语皮层定位，并可灵活调整任务内容及刺激参数。该方法也可应用于健康人群，并可根据任何类型的言语任务进行调整。我们的方案可在无法实施直接皮层刺激的情况下取而代之，也可用于识别卒中患者需刺激的语言网络节点。在诱导更多命名错误时，确定应首先调整哪些参数仍具挑战性。建议一次仅改变一个参数，并从不同的成像方式（如 MEG、EEG 或 FMRI）获取先前的空间和时间信息。开始前，让受试者熟悉基线物体命名任务所用的印刷版或数字版图像。应选用日常环境中常见、经过标准化和归一化处理的彩色图像，且这些图像应具有较少的同义词和较高的命名一致性。在会话开始前，让受试者使用图像进行练习。受试者也可以在家中练习。接下来，在喉部及声带上方的皮肤上安装加速度传感器，以记录言语起始时间。将图像逐一呈现在距离受试者0.5至1米的屏幕上，要求其在无刺激条件下说出每幅图像的名称。例如：镊子、一块蛋糕。调整图片间间隔（IPI），使每位受试者的任务难度略有挑战性，起始时间为2500毫秒，变化范围为1500至4000毫秒。如果在基线命名任务中出现更多错误，则将IPI以200至300毫秒为步长逐步增加。如果任务过于简单，则将IPI以200至300毫秒为步长逐步减少。在进行实际的语音映射会话时，若使用导航重复性TMS，应省略那些在基线测试中训练不足、命名不正确、命名不清晰、发音不准确、延迟或犹豫命名、或对受试者而言似乎较困难的图像。重复进行基线命名任务三次，并根据表现不佳的情况调整 IPI。在开始刺激前，检查双侧半球中与言语相关的不同区域所诱发的电场值是否大致相似。根据需要调整皮层深度，并确保线圈中心未悬空。首先采用默认的经颅磁刺激间隔时间（PTI）为300毫秒，或使用0至400毫秒的PTI。为优化刺激与语言处理的时间重叠，建议PTI超过150毫秒。初始刺激可选择在与言语处理无关的皮层区域，以5赫兹的频率给予5次脉冲，使受试者适应刺激引起的感觉。然后将线圈移至预期的语言相关区域。在线圈脉冲序列结束且受试者完成命名之前，保持线圈位置不变。重点关注受试者的任务表现。若未出现错误，则继续下一个位点。若观察到错误或甚至犹豫，需针对该位点再进行额外两到三轮导航重复经颅磁刺激（TMS），然后继续下一步操作。但需记住该位点，以备后续可能需要重新刺激。一旦发现轻微错误（例如命名时出现短暂迟疑或因努力诱发更清晰错误而导致声音增大），即应进行微小的线圈位置调整。避免在同一部位连续进行超过五组的重复刺激。继续对其他皮层部位进行刺激，并在稍后重新检查该部位。如果在多个刺激位点反复出现错误，将线圈抬离头皮上方并检查错误是否仍然存在。如果错误仍然存在，则暂停操作，等待命名功能恢复正常。随后以7到10分钟为一个时段持续刺激，每时段之间休息2到5分钟。刺激所有可能相关的解剖区域，以获得尽可能多的可控反应。如果经颅磁刺激（TMS） mapping 引起疼痛或不适，则以最大刺激输出的 2% 至 5% 为步长逐步降低刺激强度。若受试者无法耐受所引发的疼痛或不适，则停止测量。当未出现命名错误时，按演示方式终止刺激并调整刺激参数。从默认值开始，以200毫秒为步长逐步减少IPI。与专家合作，专家应最好在手术室内现场参与，并通过观察视频记录中的线圈定位及可能的疼痛干扰，再次核对诱发的命名错误。将错误分类为命名不能、语义性错语、语音性错语以及操作错误。如果某种特定类型的错误在基线视频中反复出现，则不应将其视为错误。如果在重复模式TMS刺激序列之后才命名出物体，应视为延迟或无错误。同时，在脉冲传递过程中需检查受试者是否可能出现不适。如果受试者无法命名给定物体，尽管其舌头、嘴唇和下颌在活动，应记录为无反应错误。如有疑问，可对照邻近刺激位点的表现，或使用相同图像检测对侧半球刺激的效果。在此展示了一名健康受试者在不同刺激后时间间隔（PTI）180、200 和 215 毫秒时执行命名任务过程中，经颅磁刺激（TMS）诱发的不同命名错误。大多数错误出现在经典语言区，以及连接辅助运动前区与布罗卡区的通路上。此处还展示了难治性癫痫患者术中直接皮层电刺激定位结果与导航重复经颅磁刺激在固定 PTI 300 毫秒条件下的结果比较。在直接皮层电刺激定位中，黄色球体代表皮层上的所有电极。使用2至5毫安电流进行刺激的位点引发了手部和口部的运动反应、命名中断以及句子重复的中断。通过导航重复经颅磁刺激进行的语言皮层定位则诱发了命名障碍、语义性和音位性错语以及犹豫停顿。已圈出具有高度可重复性和可靠错误诱导的区域。相关且经过标准化的图像、充足的基线数据、参数调整的灵活性（即使没有错误）、以及仔细的视频分析，是该操作流程中的关键因素。MEG、fMRI 和基于扩散的 MRI 可实现该操作的个体化，并提高本方案的敏感性和特异性。未来，脑电图（EEG）将有助于实时定位功能相关脑区。该技术改变了术前评估标准，使皮层定位领域的科学家能够研究认知任务中皮层结构与功能连接和行为之间的关联。

study-design-for-navigated-repetitive-transcranial-magnetic

Research

科研

JoVE Journal

Medicine

医学

用于语音皮质映射的导航重复经颅磁刺激的研究设计

听觉处理是言语和音乐相关处理的基础。经颅磁刺激（TMS）已成功用于研究认知、感觉和运动系统，但很少应用于听觉研究。本文中，我们探讨了经颅磁刺激与功能磁共振成像相结合的方法，以理解听觉皮层的功能组织。...

利用功能成像绘制人类听觉皮层在θ爆发刺激后的效应图谱

来源：Shafi, M. M., et al. 一种基于多模态成像与刺激的评估癫痫患者脑连接相关兴奋性的方法。J. Vis. Exp.

使用经颅磁刺激联合脑电图评估大脑过度兴奋性

我们探讨使用重复经颅磁刺激（rTMS）来改善慢性卒中伴非流利性失语症患者的语言能力。在为每位患者确定右侧额回中对刺激反应最佳的靶点后，我们在为期十天的rTMS治疗中针对该靶点进行刺激。...

利用重复经颅磁刺激改善慢性非流利性失语卒中患者的语言功能

本研究旨在验证以下假设：与诱发健康受试者在图片命名任务中的反应时间延迟程度相比，由神经导航系统引导的经颅磁刺激在定位目标区域时具有更高的准确性，且该延迟程度可反映虚拟性失语的严重程度。...

神经导航引导的重复经颅磁刺激治疗失语症

静息态功能连接磁共振成像已发现，包括因大脑皮层发育畸形所致癫痫在内的多种神经精神疾病患者均存在异常。经颅磁刺激联合脑电图可证实，癫痫患者在功能连接异常的脑区表现出皮层过度兴奋性。...

一种基于多模态成像与刺激的癫痫患者脑连接相关兴奋性评估方法

我们演示了在儿童中对运动皮层进行调控（经颅直流电刺激、高分辨率经颅直流电刺激）和定位（机器人经颅磁刺激）的实验方案。...

发育中大脑运动皮层的非侵入性调控与机器人定位 mapping

一种结合多种磁共振成像（MRI）数据模态指导下的个性化经颅磁刺激与脑电图（TMS-EEG）皮层网络定位的新方案。...

神经影像引导的经颅磁刺激–脑电图用于实时皮层网络定位

本方案介绍了一种在实验任务期间利用神经导航和机器人系统对背外侧和背内侧前额叶皮层进行重复经颅磁刺激的更精确、更有效的方法。根据研究结果，对未来在线刺激研究提出了重要的启示。...

在线重复经颅磁刺激背内侧与背外侧前额叶皮层在认知决策及认知失调中的应用

本文介绍了在缺乏导航设备的情况下，如何定位重复经颅磁刺激干预或治疗的功能特异性靶点。...

在缺乏导航设备的情况下定位经颅磁刺激的功能特异性靶点

本文介绍了一种使用重复经颅磁刺激（nTMS）结合基于扩散张量成像（DTI）的皮质脊髓束（CST）重建进行运动区定位的标准化操作流程。该方案具有可重复性，临床可行性高，可轻松整合到常规临床工作流程中，为运动通路评估、神经可塑性研究以及康复方案制定提供了可靠且有价值的技术框架。...

使用导航经颅磁刺激进行功能性运动定位的标准化方案

了解导航重复经颅磁刺激技术用于语音皮质映射的研究方法。该技术为非侵入性替代方案，可辅助术前评估和脑外科手术规划，通过调整刺激参数实现精准的语言功能区定位。

导航重复经颅磁刺激用于语言皮层定位的研究设计

探索更多视频