利用经颅磁刺激研究人类神经肌肉系统

摘要

经颅磁刺激（TMS）是一种非侵入性工具，可用于深入了解人类神经系统的生理学和功能。本文中，我们介绍利用TMS技术研究上肢和腰段肌肉皮质兴奋性的方法。

摘要

经颅磁刺激（TMS）已应用超过20年¹，在过去十年中其受欢迎程度呈指数级增长。尽管TMS的应用已扩展到对多种系统和过程的研究，但其最初的应用，也是目前最常见用途之一，是研究人类神经肌肉系统的生理学、可塑性及功能。作用于运动皮层的单脉冲TMS可通过突触后机制兴奋锥体神经元²（图1），并引发可测量的肌电图反应，可用于研究和评估人类皮质脊髓束的完整性和兴奋性³。此外，近年来磁刺激技术的进步使得能够区分皮层与脊髓的兴奋性^4,5。例如，通过结合条件刺激与测试刺激并在不同刺激间间隔下进行，双脉冲TMS可用于评估皮层内促进和抑制特性^3,4,6-8。在本视频文章中，我们将演示这些技术的方法学与技术细节。具体而言，我们将展示单脉冲和双脉冲TMS技术在桡侧腕屈肌（FCR）以及竖脊肌（ES）肌群中的应用。本实验室选择研究FCR肌肉，因其与我们关于腕手部石膏固定对肌肉功能下降影响的研究密切相关^6,9；而选择研究ES肌肉则因其在临床中与下背痛密切相关⁸。需要说明的是，TMS已被用于研究手部、上肢及下肢的多种肌肉，本文中对FCR和ES肌群的演示仅为TMS用于研究人类神经肌肉系统的若干示例。

方案

1. FCR 和 ES 肌肉的单脉冲与成对脉冲经颅磁刺激

1. 基本安全预防措施： 在对人类受试者进行经颅磁刺激（TMS）之前，必须首先根据其暴露于磁场的相关情况，对其进行基本的安全筛查。在我们的实验室中，遵循由磁共振安全、教育与研究研究所（Institute for Magnetic Resonance Safety, Education and Research）制定的筛查指南。 ¹⁰在我们的实验室中，我们通常也会排除有癫痫家族史的个体。对于接受ES肌肉TMS刺激的受试者，由于刺激强度较大且聚焦性较差，我们要求其佩戴耳塞和牙垫。
2. 电生理记录： 为了检测运动系统中经颅磁刺激（TMS）的反应，需要记录来自骨骼肌的肌电图（EMG）信号。对于桡侧腕屈肌（FCR），我们采用双极电极排列方式，将表面电极纵向放置于前臂剃毛并去角质的皮肤上，具体方法如我们先前所述。 ^7,11对于竖脊肌，我们在剃净并磨砂处理的皮肤上，于L3-L5椎体水平沿肌肉纵向采用类似的电极排列方式 ⁸.
3. TMS 线圈方向： 为了主要通过突触后方式激活皮质脊髓神经元，必须适当地放置经颅磁刺激线圈 ¹²对于FCR肌肉，我们将一个70毫米的8字形经颅磁刺激（TMS）线圈置于头皮表面，与中线呈45度角，使感应电流沿外侧后方至内侧前方的方....

讨论

本文的总体目标是为科研人员和临床医生提供我们实验室使用经颅磁刺激技术的可视化介绍。然而，除了展示这些实验的操作过程外，我们还将在下文讨论以这种方式进行经颅磁刺激时需要考虑的基本问题，简要概述经颅磁刺激反应的生理学原理，并探讨我们对经颅磁刺激的应用与其他研究者使用该技术之间的关系。

执行经颅磁刺激（TMS）时需注意的一般事项（如文章所述）

进行成对脉冲经颅磁刺激（TMS）时需要注意若干问题。例如，Magstim BiStim²系统——可能是目前最常用的TMS设备系列——能够组合两台Magstim 200²装置，并通过单个刺激线圈实现成对脉冲刺激。然而需要注意的是，当使用未 Conditioning 的脉冲诱发运动诱发电位（MEP）时，最好将其中一台MagStim设备设置为"0%"，并仍设定一个刺激间间隔（例如100毫秒），而不是直接关闭该设备。原因是，当BiStim²系统中其中一台设备未开启时，会将两台Magstim刺激器提供的单个脉冲叠加，产生一个.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
经颅磁刺激器 2002 经颅磁刺激器 Bi-Stim2 8字形线圈 70毫米 双锥形线圈	Magstim	不适用	经颅磁刺激设备（包括线圈）
Biodex 系统 4	Biodex	NA	测力计
Biopac MP150 数据采集系统	Biopac Systems, Inc.	MP150WSW	用于肌电图和力的 A-D 转换器
AcqKnowledge 4.0 数据采集软件	Biopac Systems, Inc.	ACK100W
Nikomed Trace 1 心电图电极	Nikomed	2015	肌电图电极
恒流刺激器	Digitimer Ltd.	DS7A	外周神经刺激器