英國倫敦大學(xué)發(fā)表在Brain Stimulation（IF 7.6）的研究揭示了聽覺與軀體感覺對TEP波形的影響。聯(lián)合應(yīng)用經(jīng)顱磁刺激（TMS）和腦電圖（EEG）進(jìn)行健康和疾病狀態(tài)下的大腦皮層功能評估越來越普遍。然而，關(guān)于聽覺和軀體感覺刺激對TMS誘發(fā)電位（TEP）的貢獻(xiàn)程度仍存在一定的模糊性。本研究通過不同類型的刺激（TMS、偽刺激、噪聲掩蔽、頭皮電刺激）來探討聽覺和體感刺激對TMS誘發(fā)電位（TEP）波形的影響，特別是聽覺刺激對TEP波形的干擾及如何通過噪聲掩蔽來減少這種干擾。

一、引言

每次TMS脈沖釋放時都會產(chǎn)生明顯的“咔噠”聲音，從而通過空氣和骨傳導(dǎo)引發(fā)聽覺誘發(fā)電位（AEP）。此外，TMS還會在頭皮上產(chǎn)生咔噠感，這可能至少在理論上會誘發(fā)軀體感覺誘發(fā)電位（SEP）。因此有人認(rèn)為，TEP主要是由TMS中附帶的聽覺和軀體感覺刺激引起的。在這項研究中，比較了具有不同軀體感覺和聽覺成分貢獻(xiàn)的條件下的TEP：真實TMS刺激在有無噪音掩蔽的條件下、純聽覺刺激在有無噪音掩蔽的條件下、頭皮電刺激和偽刺激條件，探討這些混雜因素對刺激初級運(yùn)動皮層（M1）時誘發(fā)的TEP波形的貢獻(xiàn)。

二、方法

本研究采集了19名被試在不同刺激條件下的腦電數(shù)據(jù)。實驗共記錄了7個區(qū)塊的EEG數(shù)據(jù)，每個區(qū)塊由120個試次組成。實驗使用了標(biāo)準(zhǔn)的八字形TMS線圈（figure of eight coil），進(jìn)行刺激。刺激強(qiáng)度設(shè)定為90%的靜息運(yùn)動閾值。

7個EEG區(qū)塊的刺激條件如下（圖1）：

1. block 1：使用標(biāo)準(zhǔn)線圈，放置在一個5厘米厚的紙板圓柱上，直接刺激頭皮，但沒有噪聲掩蔽（TMS-AEP NOT MASKED）。這一條件與block 2的反應(yīng)相似，因此未用于統(tǒng)計比較。

2. block 2：使用偽刺激線圈，放置在紙板圓柱上，直接刺激頭皮，沒有噪聲掩蔽（AEP NOT MASKED）。

3. block 3：使用偽刺激線圈，放置在紙板圓柱上，直接刺激頭皮，使用噪聲掩蔽（AEP MASKED）。

4. block 4：使用偽刺激線圈，直接放置在腦電帽上，使用噪聲掩蔽（SHAM）。

5. block 5：使用標(biāo)準(zhǔn)線圈，直接放置在腦電帽上，使用噪聲掩蔽（TEP MASKED）。

6. block 6：使用標(biāo)準(zhǔn)線圈，直接放置在腦電帽上，沒有噪聲掩蔽（TEP NOT MASKED）。

7. block 7：進(jìn)行頭皮電刺激（ES）。

研究中，電刺激陽極放置在C1、C3、CP1、CP3位置中間；陰極放置在Cz、FCz、C1、FC1位置中間。將電刺激電極放置在EEG帽下方，并盡可能接近EEG記錄電極的位置，從而減少電刺激帶來的偽跡。強(qiáng)度設(shè)定為與TMS引起的軀體感覺刺激強(qiáng)度相似。

本研究的腦電采用兼容TMS 的actiCHamp 放大器和主動電極actiCap（德國Brain Procusts品牌，國內(nèi)由瀚翔腦科學(xué)總代理）進(jìn)行記錄。采樣率設(shè)置為5000Hz。

在圍繞刺激區(qū)域的電極簇（如C1、C3、CP1、CP3）上對TEP進(jìn)行了平均，以便以識別文獻(xiàn)中描述的最常見的波峰（如N15、P30、N45、P60、N100、P200），并對刺激位置的信號進(jìn)行定性描述（見圖3的第一列）。接下來計算了全局平均場強(qiáng)度（GMFP），并對各個被試的數(shù)據(jù)進(jìn)行了平均。根據(jù)GMFP波形，研究者選擇了三個時間興趣區(qū)（time regions of interest , ToI）進(jìn)行后續(xù)分析（早期：15-65 ms；中期：65-120 ms；晚期：120-270 ms）。

圖1：被試按隨機(jī)順序進(jìn)行7個TMS-EEG同步記錄block

三、結(jié)果

TMS脈沖誘發(fā)了TEP波形（圖2）。當(dāng)只有聽覺刺激（TMS咔噠聲）時，中期和晚期的誘發(fā)活動（ToI）明顯可見（第1個和第2個block，分別對應(yīng)圖2的A和B行）。當(dāng)TMS咔噠聲被掩蔽時（block 3和block 4，圖2的C和D行），或者僅進(jìn)行電刺激時，TEP波形的幅度較小。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)線圈進(jìn)行刺激時，出現(xiàn)了不同的模式，即在早期ToI中觀察到了TEP，且僅在沒有噪聲遮蔽的情況下，后期ToI中的頂點(diǎn)電位才出現(xiàn)（第5和第6個block，分別為E和F行）。

圖2：不同條件誘發(fā)的TEP波形

1、AEP NOT MASKED vs AEP MASKED

在比較未掩蔽AEP和掩蔽AEP條件（block 2和block 3；見圖3的A行）時，早期沒有發(fā)現(xiàn)顯著的EEG團(tuán)塊（cluster）。中期在中央電極上發(fā)現(xiàn)了一個顯著的正向團(tuán)塊，在外圍電極上則出現(xiàn)了一個負(fù)向團(tuán)塊。晚期觀察到中央?yún)^(qū)出現(xiàn)了負(fù)向團(tuán)塊，而在外圍電極上則出現(xiàn)了正向團(tuán)塊（見表1，第一行）。這些結(jié)果表明，由TMS咔噠聲引起的AEP（聽覺誘發(fā)電位）在EEG信號中表現(xiàn)為明顯的負(fù)峰（約100 ms）和正峰（約200 ms），并且這些波形主要分布在頂區(qū)域。并且這些AEP成分可以通過噪音掩蔽有效地被抑制。

表1：不同條件間的對比統(tǒng)計

2、SHAM vs AEP MASKED

在SHAM和AEP MASKED條件的比較中（分別對應(yīng)block 4和block 3；見圖3的B行），沒有發(fā)現(xiàn)顯著的腦電反應(yīng)團(tuán)塊。這表明在這兩種條件下，都成功地通過掩蔽噪音來抑制了AEP（聽覺誘發(fā)電位）。

3、TEP MASKED vs AEP NOT MASKED

掩蔽TMS誘發(fā)條件（block 5）和未掩蔽AEP條件（block 3）誘發(fā)的腦電反應(yīng)不同（見圖3的C行）。在早期，在左側(cè)中央?yún)^(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個顯著的正向團(tuán)塊，這與TMS刺激的部位相對應(yīng)，同時在右前額區(qū)域發(fā)現(xiàn)了顯著的負(fù)向團(tuán)塊。這表明TMS在刺激部位引起了早期皮層激活，而這種激活在僅進(jìn)行聽覺刺激時并未出現(xiàn)。晚期在頂區(qū)出現(xiàn)了一個顯著的負(fù)向團(tuán)塊，而在外圍電極上則出現(xiàn)了顯著的正向團(tuán)塊，這表明頂區(qū)的正成分是由聽覺刺激引發(fā)的（見表2，第三行）。這表明標(biāo)準(zhǔn)TMS刺激引發(fā)的早期TEP成分比聽覺刺激引發(fā)的更為顯著，而聽覺刺激引發(fā)的晚期頂正成分在進(jìn)行噪音掩蔽的標(biāo)準(zhǔn)TMS刺激時并沒有出現(xiàn)。

4、TEP MASKED vs ES

在比較噪音掩蔽的TMS誘發(fā)電位和ES電刺激誘發(fā)電位條件時（block 5和7；見圖3的E行），在早期時間窗口，發(fā)現(xiàn)了一個顯著的正向團(tuán)塊，位于左中央?yún)^(qū)域（即刺激位置），并且在右側(cè)前額區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個顯著的負(fù)向團(tuán)塊。在中期時間窗，在刺激位置附近發(fā)現(xiàn)了一個顯著的負(fù)向團(tuán)塊，而在右半球后側(cè)外周則出現(xiàn)了一個顯著的正向團(tuán)塊。這表明，與電刺激不同，TMS不僅在刺激后早期就能激活刺激部位的皮層，還能在大約100 ms時激活該區(qū)域。而這種激活與由聽覺刺激引發(fā)的負(fù)向波（約100 ms）不同，后者出現(xiàn)在頂區(qū)（見圖3的A行）。

5、SHAM vs ES

在早期，比較偽刺激和電刺激條件（block 4和7；見圖3的F行），發(fā)現(xiàn)了一個弱顯著的正向團(tuán)塊，位于后中央偏左的電極上，反映了在ES條件下出現(xiàn)的后負(fù)向波。在晚期，發(fā)現(xiàn)了一個弱顯著的負(fù)向團(tuán)塊，位于頂區(qū)，表明在電刺激條件下產(chǎn)生了一個小的正向成分。

圖3：不同條件間對比的波形圖與地形圖

6、TEP MASKED vs BASELINE

在噪音掩蔽的TMS誘發(fā)電位條件與基線活動時（見圖4）發(fā)現(xiàn)：早期在左側(cè)中央?yún)^(qū)（刺激位置）出現(xiàn)了一個顯著的正向團(tuán)塊，同時在右側(cè)前額區(qū)出現(xiàn)了一個顯著的負(fù)向團(tuán)塊。中期在刺激位置附近出現(xiàn)了一個顯著的負(fù)向團(tuán)塊，同時在右半球的后周邊區(qū)域出現(xiàn)了一個顯著的正向團(tuán)塊。晚期在左側(cè)中央-后部電極上出現(xiàn)了顯著的負(fù)向團(tuán)塊，在右半球的中央-前部電極上出現(xiàn)了顯著的正向團(tuán)塊（見表2）。總體來說，在所有的時間窗中都觀察到了顯著且偏側(cè)化的活動，表明TMS引起的直接大腦激活在整個時間窗口內(nèi)持續(xù)存在。

圖4：TEP屏蔽條件與基線的對比

四、討論

1、聽覺刺激對TEP的貢獻(xiàn)

標(biāo)準(zhǔn)線圈誘發(fā)了較大的早期反應(yīng)，尤其是P30峰值；相比之下，純聽覺刺激誘發(fā)了非常小幅度的早期反應(yīng)，但在頂區(qū)產(chǎn)生了顯著的N100和P200成分。N100在沒有噪音遮蔽時較大，并位于中線中央?yún)^(qū)；只有在沒有噪音遮蔽時，才觀察到中央的P200成分。當(dāng)前數(shù)據(jù)表明存在兩個不同的負(fù)峰，分別在約100毫秒時，這兩個波峰可能涉及不同的機(jī)制。第一個負(fù)峰靠近刺激位置，可能反映了TMS對大腦皮層的直接激活；第二個負(fù)峰則具有更廣泛的分布，主要集中在頂區(qū)，并且隨后伴隨著具有相同分布的P200成分。根據(jù)以往文獻(xiàn)，刺激位置處發(fā)現(xiàn)的N100很可能反映了TMS對大腦皮層的直接激活，而中央?yún)^(qū)域的N100和P200則代表了與顯著性相關(guān)的多模態(tài)反應(yīng)（saliency related multimodal responses, SRMR），這些反應(yīng)是非特異性的，可能與外部刺激后的喚醒和/或注意力重新定向相關(guān)。

2、頭皮電刺激對TEP的貢獻(xiàn)

單獨(dú)的頭皮電刺激相比其他使用標(biāo)準(zhǔn)TMS的實驗組產(chǎn)生了非常小的反應(yīng)（圖2）。與偽刺激相比，早期窗口（約40 ms）在后腦電極處觀察到顯著的負(fù)電位。第二個較弱的電位出現(xiàn)在中央?yún)^(qū)附近的約200 ms時，表現(xiàn)為正電位，這可以解釋為與多模態(tài)刺激相關(guān)的喚醒相關(guān)反應(yīng)（SRMR）。可以認(rèn)為，約180-200 ms時在頂點(diǎn)周圍出現(xiàn)的正波代表了由外周輸入引起的SRMR。

需要特別注意的是，頭皮電刺激后并未在刺激部位觀察到EEG反應(yīng)。這是預(yù)期中的結(jié)果，因為使用電刺激獲得直接皮層反應(yīng)所需的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于本研究中使用的強(qiáng)度[35]。我們也沒有獲得體感誘發(fā)電位（SEP），這使得觀察到的電位不太可能是由初級體感皮層的活動引起的。

五、總結(jié)

總之，本研究結(jié)果表明，當(dāng)TMS以略低于運(yùn)動閾值的強(qiáng)度施加于M1時，若采取了適當(dāng)?shù)姆绞絹碜钚』g接的皮層激活（如噪音掩蔽和泡沫層隔離），可以獲得真正的皮層EEG反應(yīng)，這些反應(yīng)具有偏側(cè)化、特異性，并且持續(xù)約300 ms。