Name: 在线重复性经颅磁刺激背外侧和背外侧前额叶皮层，在认知决策与认知失调中 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-12-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 20 s
Description: 了解重复性经颅磁刺激方法，利用神经导航系统和机器人精准靶向背外侧和背内侧前额叶皮层，在认知任务期间实现实时调整，减少实验干扰并优化参与者表现，为认知神经科学研究提供可靠技术方案。

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本文在俄罗斯科学基金会项目 № 24-18-00432（https://rscf.ru/project/24-18-00432）的资助下完成，并使用了俄罗斯国家研究型高等经济大学（HSE）自动化无创脑刺激系统开展研究，该系统具备同步记录脑活动和眼动的功能。

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。
1. 受试者招募
注意：受试者需报告无金属植入物史、神经系统疾病史或精神疾病史。经颅磁刺激（TMS）的实施遵循最新的安全指南。在参与研究前，所有个体必须充分了解研究的性质，并签署书面知情同意书。图示为在实验过程中利用神经导航和机器人系统精确定位背外侧和背内侧前额叶皮层所需的全套在线重复经颅磁刺激（rTMS）协议设备（材料表）。
<ol>
	<li>在初步问卷和知情同意书中确认参与者为右利手，头部或体内无金属物、神经或心脏刺激器，无听力问题和偏头痛，从未有过头部外伤，未怀孕，未服用精神类药物或抗组胺药物，从未接受过脑部或脊髓手术，且其亲属未被诊断患有癫痫。</li>
	<li>如果参与者表示曾有晕厥史，需确认这些情况 solely 由生理原因引起。此外，应告知参与者在实验前一日避免饮酒或使用药物，在实验开始前四小时内避免饮用咖啡或任何含咖啡因的产品和饮料。</li>
</ol>
2. 线圈与机械臂校准
注意：线圈校准使用校准板进行，而机械臂无需任何附加设备即可完成校准。两者均带有银色参考球，可使相机识别空间中的物体。
<ol>
	<li>将校准板与线圈对齐，设置校准板和线圈的刻度，并使用软件进行校准。</li>
	<li>使用相关软件校准机械臂力传感器。以不同的力度按压机械臂表面，以避免对受试者头部施加过大压力，同时确保在刺激过程中与头部紧密贴合。</li>
</ol>
3. 单个MRI扫描的制备
注意：导航系统准备的一个重要部分是为患者的注册流程准备单个 MRI 扫描所需的系统。这一工作甚至可以在受试者到来之前完成。主要目标是将个体脑部坐标与通用坐标系（如 MNI 和 Talairach）中的坐标进行匹配。
<ol>
	<li>首先，使用与经颅磁刺激（TMS）系统配套的软件创建受试者头部的三维模型。</li>
	<li>执行Talairach配准与对齐操作。
	<ol>
		<li>根据Talairach图谱中的解剖标志，将每位受试者的脑部结构对齐至标准化的脑坐标系统。手动识别并设定三个基准点，即前连合、后连合和大脑镰。</li>
		<li>在正中矢状面MRI切片上，前连合表现为位于第三脑室前方、胼胝体嘴部下方的小型圆形或椭圆形结构；在轴位切片上，则表现为第三脑室前方的高信号点。</li>
		<li>在正中矢状面MRI切片上，后连合表现为位于中脑导水管上方、第三脑室后方的水平走向结构。对于大脑镰，应选择能最大程度显示深部脑结构双侧对称性的MRI切片，并在大脑纵裂处进行标记。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将Talairach空间网格调整至与头部三维模型的大小相匹配。由此生成的Talairach空间将具有标准化坐标，不依赖于个体脑部差异。</li>
	<li>根据研究预设的MNI坐标，设定后续刺激的目标点及所需的旋转角度。</li>
	<li>计算各目标点在受试者头部表面的对应进入位置，以用于刺激过程中机械臂的定位。 
	注意：在本实验中，顶点对照点的进入位置为手动定义。标记顶点目标时，可标记通过鼻根–枕外隆凸连线的正中矢状面与通过双耳间连线的冠状面的交点；或从既往文献中获取标准化MNI或Talairach空间中的顶点坐标，并将该标准化点映射至个体MRI空间。软件可通过仿射变换矩阵自动计算该点在个体MRI空间中的位置。</li>
	<li>为更精确地追踪受试者头部位置，需在受试者头部三维模型上设定MRI标记点。本研究使用了左右耳廓及鼻根作为标记点，但也可根据实际需要选用其他便于定位的解剖标志。</li>
</ol>
4. 患者登记
注意：受试者到达后即进行患者注册程序。
<ol>
	<li>提供知情同意书、实验相关信息以及用于保护受试者听力的耳塞。</li>
	<li>将参考追踪器放置在受试者头部。确保其固定在机器人手臂在刺激过程中不会偶然触碰到追踪器的位置。 
	注意：追踪器由三个银色反光参考球组成，导航系统通过识别这些参考球来定位受试者头部在实验过程中的坐标。通常情况下，追踪器放置于前额。然而，为了确保背外侧前额叶皮层（dlPFC）和背内侧前额叶皮层（dmPFC）的进入目标点能够被导航系统识别并被机器人手臂触及，追踪器应放置于前额与右耳之间（也可根据机器人手臂的主参考板位置选择放置于左耳附近）。</li>
	<li>使用弹性绑带将参考追踪器牢固地固定在受试者头部，但需确保受试者佩戴舒适。 
	注意：绑带的固定方式可根据受试者头部大小灵活调整。为便于机器人手臂更好地接近dmPFC区域，可将绑带下移至前额区域，向下弯曲并固定。同时，可将绑带边缘中部内折，以尽量减少刺激期间的肌肉收缩。强烈的肌肉收缩可能妨碍受试者观察刺激屏幕，并可能引起不适感。</li>
	<li>当参考追踪器放置于受试者头部后，使用带有参考银球的定位指针，根据先前在MRI中确定的解剖标志点设定真实世界中的标志点（本实验中为双耳和鼻根点）。确保均方根（RMS）偏差值不超过5 mm。若该值超过5 mm，则需重新设定真实世界标志点，并重新计算RMS偏差值。</li>
	<li>使用同一指针补充一系列额外的标志点，以定义受试者头部表面形态。通过在头部表面均匀分布的连续水平线和垂直线方式添加这些点，至少需要添加300个额外的表面标志点。 
	注意：完成表面配准后，RMS偏差值应小于2 mm，以保证良好的配准质量。在添加额外点时，需确保其在头部表面分布充分且合理。</li>
	<li>配准完成后，通过将指针置于头部表面（而非头部内部或远离表面处），检查软件是否能正确地在三维模型上注册指针的位置。</li>
</ol>
5. 运动阈值的定义
注意：可选择不同的电极导联组合来安放电极。本实验中，阳极电极置于右臂第一背侧骨间肌（FDI）肌腹的投影位置，该肌肉被选定为确定运动阈值的目标区域。阴极电极置于示指近节指骨远端的投影处，而接地电极则置于右臂肘部附近的骨骼上。
<ol>
	<li>用搓揉剂清洁受试者皮肤，并用酒精棉片清除残留的搓揉剂。</li>
	<li>取三个夹式电极，将其插入放大器对应的插孔中（FDI 肌肉对应阳极，示指指骨对应阴极，近肘部区域对应接地电极）。</li>
	<li>将三个粘性电极贴附于受试者皮肤上。在将电极贴附于 FDI 肌肉时，要求受试者通过并拢所有手指并伸展来紧张 FDI 肌肉；而在将电极贴附于示指指骨时，要求受试者弯曲手指。</li>
	<li>将夹式电极连接至粘性电极。</li>
	<li>将放大器连接至已充电的电池。</li>
	<li>确保来自 FDI 肌肉的信号无噪声。 
	注意：信号通过专用软件（材料表）记录。必须确保信号质量良好，否则运动阈值可能被高估或低估。噪声的峰峰值幅度不应超过 50 µV；否则，尝试采取一些方法使受试者的 FDI 肌肉放松。如有需要，可让受试者将头部置于枕头之上，或短暂用力收缩手部后再放松。</li>
	<li>将刺激器强度设置为 50%，然后根据对脉冲的反应进行调整，因为运动阈值的范围差异较大。</li>
	<li>根据三维个体头部模型定位中央前回的手结区。确保线圈与头部表面相切，并相对于中线呈 45° 方向放置。在寻找运动热点时，在手结区施加多个脉冲，并记录头部表面运动诱发电位幅度较大的位置。</li>
	<li>对产生最高运动反应的点重复施加脉冲，以检查其稳定性。增加或减少刺激强度，以确定仅在潜在热点处产生稳定运动反应的大致强度。</li>
	<li>选定热点后，将线圈固定在选定位置，并以选定运动热点时所用的强度施加 10 次脉冲。统计运动诱发电位幅度超过 50 µV 峰峰值的次数。调整刺激强度，使 10 次脉冲中有 5 次的运动诱发电位幅度等于或高于 50 µV。</li>
</ol>
6. 实验刺激的准备工作
<ol>
	<li>为了开始实验刺激，将手动线圈切换为机械臂线圈，并开启冷却系统，以确保机械臂正常工作。</li>
	<li>为了更好地接近目标区域，并确保线圈不会遮挡受试者视线，调整躺椅靠背，使受试者处于倾斜的坐姿。由于受试者头部位置发生变化，需相应调整导航系统，以便其能够准确定位参考追踪器及所有必要的刺激区域。如有需要，可升高或降低躺椅，以确保机械臂能够顺利到达刺激位点。</li>
	<li>在启动实验前，检查机械臂在受试者头部表面的定位情况，并确保受试者逐步适应刺激频率。</li>
	<li>由于刺激将由实验软件触发，需通过并行端口连接刺激器与触发装置。</li>
	<li>启动工作站软件（材料表），将其与系统同步并设置刺激参数。对于实验本身，20 Hz 刺激的脉冲数应设为 20，半周期应设为 25 ms。</li>
	<li>在训练阶段，先从单个脉冲开始，随后逐步增加脉冲数量至 5、10、15，最终达到 20。每次单个脉冲或脉冲序列结束后，询问受试者刺激是否舒适。若刺激引起不适，应立即停止实验，并将该受试者从最终样本中排除。 
	注意：在线圈定位过程中，应确保线圈紧密贴合头部表面，但不可用力压迫。若线圈压迫过重或在头部表面无法保持稳定，可调整线圈的灵敏度设置。</li>
	<li>调整屏幕位置，使处于倾斜姿势的受试者能够完全看清屏幕内容。鼠标和键盘可放置在受试者膝盖上或上方的枕头上。确保刺激任务以随机化区组方式组织，并在机械臂移动至头部表面指定位置时设置适当间隔。在间隔期间，受试者可稍作休息。</li>
</ol>
7. 数据分析
<ol>
	<li>选择分析的因变量（此处为李克特量表偏好变化）和自变量（此处为选择（被选/被拒）、评分任务（第一次/第二次）、试验类型（切换/无切换/计算机）以及刺激区块（dmPFC/dlPFC/假刺激/顶点））。</li>
	<li>选择统计显著性的阈值（此处为 p 值 ≤ .05）。</li>
	<li>检验响应分布的正态性，以确定采用参数检验或非参数检验的方差分析统计方法。</li>
	<li>进行方差分析，检验偏好变化在选择状态、刺激脑区、目标/控制条件、操纵是否存在以及自主意识感（选择、评分任务、试验类型、刺激因素）上的统计显著性。</li>
	<li>进行事后成对比较，探究在不同刺激区块、试验类型和选择条件下，偏好变化是否具有显著性。</li>
	<li>拟合线性混合效应模型和普通最小二乘法线性回归模型，检验主效应（选择、评分任务、试验类型和刺激）及交互效应的显著性。</li>
</ol>

作者声明，本研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。

根据先前的研究，本研究假设抑制左侧dlPFC或dmPFC的激活会干扰偏好改变的过程，从而在艰难选择后不表现出选择诱导的偏好变化。尽管实际结果与预期不一致，但这些发现对未来在线rTMS研究具有重要意义。本研究在Izuma及其同事10以及Colosio及其同事13的研究基础上，不仅证实了mPFC和dlPFC参与认知失调过程，还展示了对这些脑区的调控如何实时改变认知过程。本文还通过精确定位这些过程的时间动态特征，拓展了现有关于dlPFC和mPFC在认知失调中作用的研究12,17。这一发现支持了前额叶皮层在认知控制中具有动态作用的理论27，并提示应修订现有模型以纳入刺激效应的时间维度。与以往主要通过神经影像技术关注dACC和dmPFC的研究不同11,16，本研究建立了直接...

与现代脑刺激和神经影像技术相比，经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation, TMS）是证明特定脑区与认知功能之间因果关系的最合适方法，优于脑电图（electroencephalography, EEG）、脑磁图（magnetoencephalography）或功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）等神经影像技术1,2,3,4。该刺激技术不仅使研究人员能够观察脑区在特定任务中的参与情况，还能对其施加影响。此外，此类技术适用于对大脑进行精确刺激，从而更好地控制实验条件。以往大多数研究采用离线TMS（offline TMS），即在任务开始前对大脑进行一段时间的刺激，以产生持久的刺激效应。然而，当前的技术发展水平使得不仅可以应用离线TMS，还可以实施在线重复性TMS（online repetitive TMS, rTMS），在受试者执行任务的同时进行实时刺激。与离线TMS相比，在线TMS产生的刺激效应持续时间较短（例如，15分钟1 Hz离线rTMS后可产生约15分钟的效应5,6，而在线rTMS的效应仅持续几百毫秒至数秒6,7,8）。因此，不同于离线TMS，在线TMS因其具有较高的时间分辨率，可被用作神经时间测定（neurochronometry）工具，有助于获取有关各种认知过程脑区动态的重要信息，并通过将脉冲群围绕刺激起始时间点进行调整，精确探究认知过程发生的关键时刻。在线rTMS的应用不可避免地推动了从离线刺激研究向在线刺激研究的转变。
本研究聚焦于两个脑区：背外侧前额叶皮层（dlPFC）[MNI: -24, 5, 47]9 和背内侧前额叶皮层（dmPFC）[MNI: 2, 48, 36]10。dmPFC 是认知失调的脑相关区域，已通过神经影像学和刺激技术得到广泛研究10,11,12,13,14,15。关于认知失调神经机制的最早发现来自功能性磁共振成像（fMRI）研究，这些研究揭示了在多种范式中，尤其是涉及认知不一致效应时，dmPFC 的激活现象11,16,17。然而，只有在经颅磁刺激（TMS）和经颅直流电刺激（tDCS）被应用于认知失调研究后，才确立了 dmPFC 与内部冲突解决之间的因果关系10,13。考虑到 dlPFC 的功能，既往的神经影像学和刺激研究已将左侧额叶的激活与决策后偏好改变联系起来，也表明 dlPFC 在缓解认知失调中具有重要作用9,11,16,18,19,20,21,22。大量研究认为，左侧 dlPFC 参与了决策后偏好改变过程中的冲突解决11,16,18,19。
为了刺激背外侧前额叶皮层（dLPFC）和背内侧前额叶皮层（dmPFC），建议在实验任务期间采用一种更为精确且高效的重复经颅磁刺激（rTMS）方法，结合神经导航系统和机器人TMS系统，以精准定位dlPFC和dmPFC。MRI辅助导航系统可实现对目标脑区的精确定位刺激，并允许TMS机器人根据实验过程中受试者头部的微小移动，实时调整机械臂的位置。该方法的主要优势在于，能够在实验过程中的特定时间点更精确地实施刺激，通过控制刺激的起始与终止时机（依据刺激 onset 和 offset），从而最大化rTMS的效果。该技术有助于在减少实验人员干预的同时实现对脑区的刺激，进而最小化实验人员在场对受试者任务表现的潜在影响。该方案也可推广应用于其他脑区及不同的实验任务。尤为重要的是，rTMS与在线刺激方案相结合，使得研究者能够检验有关认知失调神经时间动态（neurochronometry）及其相关脑区（如dlPFC和dmPFC）功能的研究假设。认知失调研究中的一个重要环节是“选项偏好扩散”23。这种现象由选择引发的偏好改变所导致，当个体必须在偏好程度相近的选项之间做出困难决策时，便会产生此类改变。此类艰难选择会导致个体态度之间的不一致，从而引发认知失调。为缓解认知失调，个体需调整其偏好，即增强对所选选项的偏好，同时降低对被拒选项的偏好，这一过程即称为“选项的偏好扩散”。一个关键问题在于，这种偏好改变发生的精确时间点：它究竟是发生在决策过程中，还是作为已做选择之后的结果而出现？得益于TMS等技术的发展，这一问题的研究正变得可行。TMS不仅能像fMRI或EEG那样观察决策过程，还能直接调控目标脑区的皮层活动。对认知失调神经时间动态的进一步研究，将有助于明确选择引发的偏好改变究竟发生在何时。基于这一目标，开展一项关于dlPFC和dmPFC在艰难选择后“选项偏好扩散”中作用的TMS研究，将有助于揭示认知失调的神经机制，并厘清决策发生的时间进程。通过采用在线刺激而非离线刺激，可以更准确地区分在dmPFC与dlPFC神经网络中“选项偏好扩散”真实发生的时间点。
以下所述的用于抑制背外侧前额叶皮层（dlPFC）和背内侧前额叶皮层（dmPFC）激活的重复经颅磁刺激（rTMS）方案，必须使用磁共振成像（MRI）引导的神经导航系统、磁刺激器和机械臂来实施。本研究中采用了神经导航系统和经颅磁刺激（TMS）系统。MRI辅助导航系统可实现对目标脑区的精确定位刺激，并允许机械臂根据实验过程中受试者头部的微小移动实时调整位置。为此，研究中所有受试者均需提供神经解剖学MRI图像。导航系统需要配备特定设备，包括用于定位受试者头部的参考追踪器、用于追踪线圈的校准板、用于设定一组参考标志点的定位指针，以及用于在空间中追踪物体的红外摄像头。除摄像头外，所有设备均装有银色反光参考球，导航系统通过摄像头识别这些参考球，以在操作和实验过程中确定受试者头部及TMS设备的空间坐标。参考球的外层非常脆弱，应避免触碰以防损坏。为有效使用MRI辅助导航系统，必须完成若干操作步骤：线圈与机械臂的校准、个体MRI扫描图像的准备以及受试者注册。
假设与对照顶点区刺激和伪刺激组相比，左侧背外侧前额叶皮层（dlPFC）和背内侧前额叶皮层（dmPFC）刺激组在偏好改变方面无显著差异，因为抑制左侧dlPFC或dmPFC的激活应会阻止认知失调的缓解及其随后的偏好改变。
尽管近年来在线干预式重复经颅磁刺激（rTMS）技术取得了进展，使得研究人员能够以因果关系探究与认知过程相关的脑活动时间动态特征24,25,26，但该领域在实施精确且可重复的刺激方面仍面临挑战，尤其是在执行复杂认知任务期间。本研究提出了一种将神经导航系统与机器人系统相结合的新型在线rTMS实验方案，以应对这些挑战。通过整合结构脑成像数据（并鼓励进一步使用功能脑成像数据）以及精确的机器人定位，该方法显著提高了对背外侧前额叶皮层（dlPFC）和背内侧前额叶皮层（dmPFC）进行rTMS刺激的准确性和一致性，这两个脑区已被证实对认知失调和决策过程至关重要27,28。以往研究主要采用离线经颅磁刺激（TMS）10,29,30，限制了对认知任务过程中即时神经反应的理解。此外，尽管先前的研究已通过影像学和离线刺激手段证实了dmPFC和dlPFC在认知失调中的参与作用9,10,13，但这些脑区在认知失调过程中激活的精确时间点及其具体作用仍不清楚。本研究利用在线rTMS填补这一空白，探究选择诱导偏好改变的神经时间动力学，揭示认知失调发生与解决的确切时刻。本研究的独特之处在于采用被试内区组设计，同时检验dlPFC和dmPFC刺激及其在两种对照条件下的效应，从而在同一被试样本中、同一时间段内增强结果的有效性，这种设计在现有研究中极为罕见（通常采用被试间设计，或对同一被试进行两次实验；这两种方法均会增加结果的变异性）。综上所述，本研究在方法学上实现了创新，提升了rTMS在认知神经科学中的精确性与应用价值。通过在任务执行过程中直接干预特定脑区，并在同一被试中观察即时效应，本研究不仅弥补了现有文献中的重要空白，也为未来探索复杂认知过程的神经基础奠定了基础。
实验任务：
刺激材料：
刺激材料的制备严格遵循Izuma及其同事原始论文中提出的建议10。实验所用刺激材料包含96幅抽象图像（图1），并根据以下标准配对：1）所有图像应具有相似性，以确保在“选择任务”中进行的切换操作不会被参与者察觉；2）所有图像又应具有相对可区分性，以便参与者能够有意识地在图像之间做出选择，并避免因图像间差异不明显而导致偶然性选择10。此外，为了与原始研究中选择和配对刺激材料的标准保持一致10，我们审阅了初始研究中使用的、由作者共享的刺激材料。本研究的图像选自公共领域免费图库，通过使用上述标准中的关键词进行检索。据作者所述，图像配对基于个人主观印象。本研究采用相同原则，并在实验后的访谈中询问参与者是否认为配对图像既相似又可区分。由于并不期望参与者以特定方式对图像进行排序（例如情感性刺激材料通常需要排序），因此未对刺激材料进行初步验证。然而，未来的研究者有必要在相同或类似的实验范式中进一步探索对刺激材料进行验证的可能性。
选择类似的抽象图像作为实验刺激材料，而非有意义的原始态度，其中一个原因是原始态度往往特别强烈且处于核心地位。它涉及高度的相关性和先前的承诺，因此态度改变的可能性较小。根据这一重要的态度特征，在实验室中改变强烈的态度将十分困难。此外，采用不具有如此强烈态度的实验材料，更有可能引发认知失调。
行为学实验步骤：
本研究采用被试内设计，基于Izuma及其同事研究中采用的实验程序10，该研究应用了一种改良的自由选择范式，结合“选择盲视”程序31,32，即个体倾向于相信自己选择了实际上不如备选项偏好的物品。
实验过程中，参与者需按固定顺序完成以下4项任务：（1）首次评分任务，（2）选择任务，（3）第二次评分任务，以及（4）记忆任务（图2）。在首次评分任务中，参与者需使用8点Likert量表对96张图片中每一张的喜好程度进行评分，无时间限制33。随后，在选择任务阶段，参与者将面对48对图片，需通过点击图片旁相应的矩形框来选择每一对中的一张图片，接着执行Flanker任务34，然后通过点击所选图片确认选择。Flanker任务由一排7个箭头组成，箭头随机指向左侧或右侧，以确保所有箭头方向完全随机。参与者需判断中央箭头的方向，并尽快按下对应的键盘按键。Flanker任务的目的是在选择阶段初期，通过让参与者点击矩形框而非图片本身，以分散其注意力。
选择任务包含三种实验条件（图2）：切换试次（16对）、不切换试次（16对）和计算机试次（16对）。所有48对图像在参与者之间保持固定，但程序脚本会根据每对图像评分的差异，决定每对图像被分配到哪种条件。
在转换试验中，当参与者选择一张图片后，在完成Flanker任务后，两张图片会交换位置，使得原本位于上方的图片出现在下方，而原本位于下方的图片则出现在上方原来的位置。转换试验的设计旨在控制偏好偏差35。由于抽象图片之间较为相似，因此假设参与者并未注意到这种替换。Flanker任务还旨在将参与者的注意力从图片的替换上转移开。此外，参与者仅有3秒的时间做出选择，随后图片即消失，尽管之后仍可能基于记忆进行反应。此条件不适用于无转换试验，在无转换试验中，参与者需要确认自己先前的选择。在计算机试验中，选择由计算机呈现，参与者只需遵从即可。计算机所“选择”的图片是根据参与者在之前某次转换试验中的选择来确定的：即如果参与者在转换试验中选择了一张评分较低的图片，则计算机也“选择”一张评分较低的图片；但如果参与者在转换试验中选择了一张评分较高的图片，则计算机“选择”评分最高的图片。计算机选择条件被用作对照条件，预期在此条件下不会出现偏好改变效应，因为参与者并未体验到自主选择的主体感10。
各组刺激以特定顺序呈现：无切换条件的组别始终出现在第1、2、5、8、11、16、17、20、22、28、31、33、39、42、43和47次试验中；切换条件的组别始终出现在第3、6、9、12、14、18、21、24、29、32、35、37、40、44和46次试验中；而计算机条件的组别则始终出现在第4、7、10、13、15、19、23、25、30、34、36、38、41、45和48次试验中，这些试验紧随切换试验之后。采用此种序列的原因是，计算机的选择会自动模仿参与者前一次的选择。
在第二次评分任务中，参与者必须再次对相同的96张图片进行评分，但会收到提示信息，提醒他们在先前选择任务中的决定。每张图片都会附带一个提示，说明该图片之前是由参与者还是由计算机选择的（“您选择了此图片”或俄语中的“Вы выбрали эту картинку” / “您未选择此图片”或俄语中的“Вы не выбрали эту картинку” / “计算机选择了此图片”或俄语中的“Компьютер выбрал эту картинку” / “计算机未选择此图片”或俄语中的“Компьютер не выбрал эту картинку”）。
为了在第二次评分任务期间有机会刺激不同的脑区，决定将其分为4个区组：左侧背外侧前额叶皮层（dlPFC）、背内侧前额叶皮层（dmPFC）、顶点（vertex）以及假刺激左侧dlPFC。选择左侧dlPFC和dmPFC作为本研究中最感兴趣的脑区，而假刺激左侧dlPFC和顶点则作为对照条件36。左侧dlPFC的刺激靶区根据Voigt及其同事的fMRI研究结果9确定，其坐标为[MNI: −24, 5, 47]，因为他们在非常相似的任务和范式中发现了左侧dlPFC的相对激活。dmPFC的坐标则基于Izuma及其同事的研究10确定[MNI: 2, 48, 36]。
在所有刺激区块中，均在刺激开始后在线施加20 Hz的rTMS，持续时间为1000 ms。每个刺激区块包含12对刺激，区块之间间隔约2分钟，以便调整刺激线圈的位置，并根据刺激安全指南提供安全间隔37,38。此外，第一评分任务无时间限制，而第二评分任务存在一定的时间限制，每轮试验持续11至13秒。首先，刺激呈现仅持续1秒，同时在整个第1秒内同步施加rTMS，以覆盖dlPFC和dmPFC激活的所有可能起始时间点。参与者需在刺激开始后（另加3秒）共4秒内，使用相同的8点Likert量表33对图片进行评分。随后，固定十字以7至9秒的随机时长呈现，以防止参与者适应刺激出现的时间规律，同时也提供安全的试次间间隔37,38。在完成每个刺激区块后，参与者需填写一份问卷，报告在此区块中刺激过程的舒适程度。
完成第二次评分任务后，参与者还需完成一项意外记忆任务，尝试回忆在选择任务中是否曾选择或拒绝过相同的图像（计算机试次不包括在内，因为它们不能反映参与者的真实选择）。此外，参与者还需填写PANAS问卷39、一致性偏好量表40，并接受一个简短的实验后访谈，以确保其未察觉在选择任务的转换试次中其选择被操纵的情况。
本研究采用的任务专门设计用于通过要求参与者在偏好程度相似的选项之间做出选择来诱发认知失调，这种情境会引发偏好与态度之间的不一致，而这种不一致正是认知失调的典型特征10。该任务包括选择阶段和第二次评分任务，从而能够区分关于认知失调发生时序的不同假设：即认知失调是在选择过程中即已产生，还是在再次面对相同选项时才出现。该任务可激活背外侧和背内侧前额叶皮层，这些脑区与决策及失调缓解过程相关。通过使用在线重复经颅磁刺激（rTMS），本研究不仅抑制了这些脑区的活动，使效应持续于全部任务阶段，还能精确定位与选项重评（第二次评分任务）相关的神经活动。该实验方案结合所选任务范式，构成了最高效的组合，便于后续研究比较在选项选择阶段与第二次评分任务期间进行刺激的影响，从而明确偏好改变机制的时间动态特征。这一实验设计的特异性，结合在线rTMS的时间精确性，为解析决策过程中认知失调的神经基础及其时间特性提供了独特而有力的方法学手段。

<table><tbody><tr><td>Axilum 机器人经颅磁刺激协作机器人&amp;nbsp;</td><td>Axilum Robotics, Schiltigheim, 法国</td><td>2/1/2002</td><td></td></tr><tr><td>BrainAmp ExG 放大器 - 双极放大器</td><td>Brain Products, GmbH, 德国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BrainVision Recorder 1.21.0004</td><td>Brain Products, GmbH, 德国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>带颈托的椅子</td><td>MagVenture, Farum, 丹麦</td><td>9016B0081</td><td></td></tr><tr><td>表面肌电图电极导线</td><td>EBNeuro, 意大利</td><td>6515</td><td></td></tr><tr><td>Localite TMS 导航系统 - 基于磁共振的软件，用于导入&lt;br/&gt; 形态学 MRI 数据（DICOM, NifTi）</td><td>Localite, GmbH, 德国</td><td>10226</td><td></td></tr><tr><td>Localite TMS 导航系统 - 导航平台，高级版</td><td>Localite, GmbH, 德国</td><td>21223</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MagVenture 24.8 线圈追踪器,&lt;br/&gt; Geom 1</td><td>Localite, GmbH, 德国</td><td>5221</td><td></td></tr><tr><td>MagPro X100 MagOption - 经颅磁刺激仪</td><td>MagVenture, Farum, 丹麦</td><td>9016E0731</td><td></td></tr><tr><td>Nuprep 皮肤准备凝胶</td><td>Weaver and Company, 美国</td><td></td><td></td></tr><tr><td>塑料无创按钮</td><td>E.M.S., Bologna, 意大利</td><td>FIA-PG905/99</td><td></td></tr><tr><td>橡胶带 &amp;ndash; 75 cm</td><td>E.M.S., Bologna, 意大利</td><td>FIA-ER-PG905/8</td><td></td></tr><tr><td>8字形线圈 MC-B65-HO-2</td><td>MagVenture, Farum, 丹麦</td><td>9016E0462</td><td></td></tr><tr><td>粘性胶带</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>用于脑电图/肌电图的表面电极</td><td>EBNeuro, 意大利</td><td>6515</td><td></td></tr><tr><td>触发器工作站 TS832U</td><td>BrainTrends ltd, Rome, 意大利</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

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

Online Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation of Dorsomedial and Dorsolateral Prefrontal Cortex in Cognition Decision Making, and Cognitive Dissonance

经颅磁刺激（TMS）是一种揭示特定脑区与认知功能之间因果关系的有力方法。尽管离线TMS传统上在认知神经科学研究中占主导地位，但在线重复性TMS（rTMS）具有明显优势，能够在执行任务的同时进行刺激。本研究利用该刺激技术的最新进展，提出了一种新颖的在线rTMS方案，结合神经导航与机器人系统，在实验过程中精确定位背外侧和背内侧前额叶皮层。此外，研究还探讨了在线rTMS在探究认知失调以及选择诱导偏好改变的神经时间动态机制中的应用价值。为此，在实验过程中采用了一种高频在线rTMS方案，实验设计为被试内区组设计，并设置了两种对照条件。本研究为未来的TMS研究提供了若干重要结论，包括刺激的时间、位置和参数设置的合理性、电场调控以及适当对照条件的重要性。

共招募并准备了46名参与者进行刺激，但其中有10名参与者需从分析中排除（8名女性和2名男性）。7名参与者由于强烈肌肉收缩而在刺激背外侧前额叶皮层（dlPFC）和背内侧前额叶皮层（dmPFC）期间感到不适，2名参与者在第二次评分任务的切换试验中察觉到了操作，另有1名参与者的数据因技术错误未能记录。最终，重复经颅磁刺激（rTMS）研究的有效样本为36名参与者（19名男性；年龄介于18至35岁之间；平均年龄=22.13；标准差=4.12）。
在计算所需参与者数量时采用了保守的方法，因为目前尚无关于CIPC研究中被试内区组设计经颅磁刺激（TMS）效应量大小的参考依据。重复测量的样本量通过被试内方差分析（ANOVA）进行计算，所采用的参数包括：p值&lt;0.05、测量次数为2次（选择前和选择后），以及常规的小效应量（0.2）41,42。尽管最终纳入的样本量为36人，略小于计算所得的样本量（39人），但仍足以对结果进行解释。
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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。

经颅磁刺激（TMS）是一种揭示特定脑区与认知功能之间因果关系的有力方法。虽然……

本实验方案的总体目标是，在执行实验任务期间，利用神经导航系统和经颅磁刺激机器人，针对背外侧和背内侧前额叶皮层，建立一种精确且高效的重复性经颅磁刺激方法。本方案的主要优势在于，通过在实验过程中的特定时间点更精确地控制刺激的起始与终止，依赖于刺激的开始和结束信号，从而最大化重复性经颅磁刺激（rTMS）的效果。该方法有助于刺激特定脑区，同时减少实验辅助干预，降低对受试者在实验任务中表现的干扰。该方案可应用于不同的脑区和实验任务。磁共振成像（MRI）辅助导航系统能够对目标脑区进行精确定位模拟，并允许经颅磁刺激（TMS）机器人根据实验过程中受试者头部的微小移动实时调整机械臂的位置。后续所述的通过重复经颅磁刺激（rTMS）抑制背外侧前额叶皮层（DLPFC）和背内侧前额叶皮层（DMPFC）激活的方案，必须在MRI扫描脑导航系统、磁刺激仪和机械臂的配合下实施。磁共振成像（MRI）系统导航系统可对目标脑区进行精确定位刺激，使机械臂能够在实验过程中根据受试者头部的微小移动实时调整其位置。为此，本研究的所有受试者均需提供神经解剖学MRI图像。导航系统需要配备特定的设备，例如用于追踪线圈的校准板、用于受试者头部定位的参考追踪器、用于设定一组参考标志点的指示探针，以及用于在空间中追踪物体的红外摄像头。使用校准板进行线圈校准，而机械臂无需任何附加设备即可完成校准。两者均带有银色参考球，以便相机识别空间中的物体。将校准板与线圈对齐。使用软件对校准板和线圈上的量程进行设置并校准。使用软件校准机械臂的力传感器。以不同的力度按压机械臂表面，以避免对受试者头部施加过大的压力，同时确保在刺激过程中与头部紧密贴合。导航系统准备的一个重要部分是为患者的注册过程准备个体化的MRI扫描图像。这一工作甚至可以在受试者到来之前完成。其主要目标在于将个体脑部坐标与通用坐标系（如MNI和Talairach坐标系）中的坐标进行匹配。根据您所使用的经颅磁刺激（TMS）系统的软件，构建受试者头部的三维模型，然后进行Talairach坐标定义操作。设定三个基准点，即前连合、后连合和大脑镰。随后，将Talairach空间网格调整至与头部三维模型的大小相匹配。根据您研究中预定义的MNI坐标，设置特征刺激的目标点及所需的旋转角度。计算目标点的进入位置，即受试者头部表面的对应位置，用于在刺激过程中定位机械臂。我们手动将头顶控制点的进入位置设置为头部表面的中点。然而，您也可以将可靠研究中的标准坐标作为靶点并计算进针点。在受试者头部的3D模型上设置MRI定位标记，以更精确地追踪受试者头部的位置。在本研究中，我们使用左右耳和鼻根作为定位标记，但您也可以根据需要选择其他任何定位标记。当受试者到达后，进行患者注册程序。提供有关实验信息的知情同意书以及用于保护受试者听力的耳塞。将参考追踪器放置在受试者头部。参考追踪器必须固定在受试者头部的一

online-repetitive-transcranial-magnetic-stimulation-dorsomedial

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

在线重复性经颅磁刺激背外侧和背外侧前额叶皮层，在认知决策与认知失调中

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

来源：Dunlop, K., et al. 采用MRI引导的背内侧前额叶皮层重复经颅磁刺激治疗难治性重度抑郁症。J. Vis. Exp.

磁共振成像引导下背内侧前额叶皮层重复经颅磁刺激

小脑部位的经颅直流电刺激（tDCS）可对前额叶皮层产生远端效应，从而调节认知与行为表现。这一现象通过两种不同复杂程度的信息处理任务得以验证：仅在任务难度较高时，阴极 tDCS...

利用小脑经颅直流电刺激调节认知功能

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

我们描述了一种实验方法，通过在停止信号任务过程中应用经颅磁刺激，定量评估初级运动皮层在运动反应抑制任务中的兴奋性与抑制性。...

在线经颅磁刺激方案用于测量与反应抑制相关的皮层生理活动

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

威胁会可靠地引发高水平意识形态投入的变化，但迄今为止，很少有研究探讨这些动态背后的神经机制。本文描述了如何应用持续θ脉冲经颅磁刺激来检验后内侧前额叶皮层（和/或其它脑区）在威胁相关意识形态转变中的作用。...

持续性θ爆发刺激内侧额叶后皮层以实验性降低意识形态威胁反应

我们提出了一项针对在线游戏玩家应用经颅直流电刺激（tDCS）及神经影像评估的实验方案与可行性研究。...

针对在线游戏玩家的经颅直流电刺激

经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）和低频经颅磁刺激（low-frequency TMS,...

在资源有限环境中应用经颅磁刺激建立脑-行为关系

本研究提出了一种实验范式，应用高分辨率经颅直流电刺激（HD-tDCS）以改善人类在人机协作任务中的元认知能力。结果表明，HD-tDCS在提升元认知敏感性方面具有显著效果。...

经右侧背外侧前额叶皮层的高分辨率经颅直流电刺激以增强元认知敏感性

本文介绍了一种针对强迫症（OCD）的个体化症状诱发重复经颅磁刺激（rTMS）临床治疗方案，该方案遵循美国食品药品监督管理局（FDA）批准的参数设置。...

重复经颅磁刺激联合症状诱发治疗强迫症的方案

了解重复性经颅磁刺激方法，利用神经导航系统和机器人精准靶向背外侧和背内侧前额叶皮层，在认知任务期间实现实时调整，减少实验干扰并优化参与者表现，为认知神经科学研究提供可靠技术方案。

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

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