经颅磁刺激脉冲间隔对肱二头肌皮质脊髓兴奋性的影响
经颅磁刺激脉冲间隔对肱二头肌皮质脊髓兴奋性的影响
研究背景
经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）是一种非侵入性的神经科学研究技术，广泛应用于评估健康个体和临床患者的皮质脊髓兴奋性。TMS通过在初级运动皮层上施加电磁脉冲，间接激活下行皮质脊髓通路，从而在目标肌肉中产生运动诱发电位（Motor Evoked Potential, MEP）。MEP的振幅通常被解释为皮质脊髓通路的兴奋性状态，振幅越大表示兴奋性越高。
然而，TMS的一个显著缺点是MEP的变异性。即使在严格控制条件下，几秒钟内引发的MEP振幅也可能不同。为了减少这种变异性对研究结果的影响，TMS研究通常会在单个实验条件下引发多个MEP（通常为8-10个或更多），然后计算这些测量的平均值，作为皮质脊髓兴奋性的更合理指标。然而，TMS研究人员在选择相邻刺激之间的时间间隔（即脉冲间隔，Inter-Pulse Interval, IPI）时，往往存在随意性，甚至在同一实验中改变IPI。已有研究表明，IPI可能影响MEP的振幅，尤其是在静息肌肉中。然而，对于主动收缩肌肉中IPI对MEP振幅的影响，研究较少且结论尚不明确。
因此，本研究旨在探讨在肱二头肌和肱三头肌进行次最大等长肘屈曲时，IPI对MEP振幅的影响。研究假设IPI不会影响肱二头肌或肱三头肌的MEP振幅。
研究来源
本研究由David H. Imeson、Lea Gerditschke、Liana E. Brown和Davis A. Forman共同完成，他们分别来自加拿大Trent University的运动机能学系和心理学系。研究于2025年发表在European Journal of Neuroscience期刊上，论文标题为《Transcranial Magnetic Stimulation Inter-Pulse Interval Does Not Influence Corticospinal Excitability to the Biceps Brachii During Submaximal Isometric Elbow Flexion》。
研究流程
1. 参与者招募与实验设置
研究招募了12名右利手参与者（平均年龄22.1岁），所有参与者均通过了TMS安全检查和体力活动适应性评估。实验过程中，参与者坐姿端正，右前臂置于泡沫支撑垫上，手腕通过Velcro带固定，以进行等长肘屈曲。实验通过计算机显示器实时反馈肱二头肌的肌肉活动，参与者需保持肌肉活动在目标范围内（10%的最大肌肉活动）。
2. 肌电图（EMG）记录
使用双极表面电极记录肱二头肌和肱三头肌的肌肉活动。电极放置在肌肉纤维方向上，信号通过CED Micro 1401-4设备以5 kHz的采样率记录，并使用Signal 8软件进行分析。信号经过放大和滤波处理，以确保数据质量。
3. 经颅磁刺激（TMS）设置
TMS通过圆形线圈在头顶施加，刺激强度设置为肱二头肌主动运动阈值的120%。实验设计了6种不同的IPI条件（4、6、8、10、12和14秒），每种条件下进行5次刺激，共进行5组刺激（每组25次刺激）。参与者需在每次刺激前1秒开始肌肉收缩，并在刺激后保持0.5秒。
4. 数据分析
MEP的峰-峰振幅从背景EMG信号的初始偏转开始测量，所有MEP振幅均归一化为基线值。此外，还测量了刺激前的肌肉活动，并将其归一化为最大等长收缩（MVC）时的肌肉活动。统计分析使用SPSS软件进行，采用双向重复测量方差分析（ANOVA）评估IPI和MEP编号对MEP振幅和刺激前肌肉活动的影响。
研究结果
1. 刺激前肌肉活动
肱二头肌和肱三头肌的刺激前肌肉活动在不同IPI条件和MEP编号之间没有显著差异。这表明肌肉活动在整个实验过程中保持一致，未对皮质脊髓兴奋性产生影响。
2. 皮质脊髓兴奋性
肱二头肌和肱三头肌的MEP振幅在不同IPI条件下没有显著差异。然而，当MEP振幅表示为刺激前肌肉活动的比率时，肱二头肌的MEP振幅在首次刺激后显著下降（MEP 1: 32.8 ± 5.9; MEP 5: 27.7 ± 4.3, p < 0.05）。这一结果表明，尽管IPI不影响MEP振幅，但连续刺激可能导致MEP振幅逐渐下降。
结论与意义
本研究的结论表明，在次最大等长肘屈曲过程中，IPI（4-14秒）对肱二头肌和肱三头肌的MEP振幅没有显著影响。这一发现与先前在静息肌肉中的研究结果形成对比，表明IPI对MEP振幅的影响可能依赖于肌肉的收缩状态。此外，研究还发现，首次刺激后的MEP振幅显著下降，提示在连续刺激条件下，MEP振幅可能会逐渐降低。
研究亮点
- 首次研究主动收缩肌肉中的IPI影响：本研究首次探讨了IPI对肱二头肌和肱三头肌MEP振幅的影响，填补了该领域的研究空白。
- 多IPI条件设计：研究设计了6种不同的IPI条件，全面评估了IPI对MEP振幅的影响。
- 连续刺激对MEP振幅的影响：研究发现，连续刺激可能导致MEP振幅逐渐下降，这一发现对TMS研究的设计具有重要指导意义。
未来研究方向
未来的研究可以进一步探讨更长IPI（如20秒或更长）对MEP振幅的影响，以及在不同神经肌肉状态（如疲劳、损伤或更高收缩强度）下IPI的作用。此外，研究还可以探索更高刺激强度下IPI对MEP振幅的影响。