重复经颅磁刺激对皮层活动的影响：系统评价与荟萃分析

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重复经颅磁刺激 功能性近红外光谱 初级运动皮层 皮层血流动力学 皮层兴奋性

关于重复经颅磁刺激（rTMS）对皮质活动影响的系统回顾与荟萃分析 - 功能性近红外光谱（fNIRS）评价

背景介绍

重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，简称rTMS）是一种通过产生磁场来诱导大脑皮层内电流的设备，用于实现神经调节效果，从而增强皮质兴奋性或诱发抑制效应。这一技术不仅对刺激部位的皮质兴奋性产生局部影响，还通过复杂的神经网络和互为投射对侧脑区产生影响。其应用范围甚广，主要用于治疗抑郁症（major depressive disorder）、神经病理性疼痛以及脑卒中后运动功能恢复等。

近年来，功能性近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy，简称fNIRS）作为一种光学神经影像方法，因其在检测皮质血液动力学反应变化方面的优势，被用于配合rTMS，旨在评估和微调不同rTMS方案对皮质的影响。然而，关于rTMS对于皮质活动的具体影响仍然存在很多争议。因此，本研究通过系统回顾和荟萃分析，旨在揭示rTMS对初级运动皮层（primary motor cortex，简称M1）上皮质血液动力学反应的影响。

研究来源

本文由Shao-yu Chen、Meng-hsuan Tsou、Kuan-yu Chen、Yan-ci Liu和Meng-ting Lin等人完成，其中Yan-ci Liu和Meng-ting Lin为通讯作者。该研究隶属于National Taiwan University Hospital和National Taiwan University College of Medicine。文献发表于2024年的Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation。

研究方法

系统回顾的流程

研究从PubMed、Embase和Scopus数据库中系统检索了与rTMS相关的文献，检索时间范围为数据库建立以来至2024年4月。关键词包括“fNIRS”或“NIRS”或“near infrared spectroscopy”或“光学断层扫描”等与“rTMS”或“transcranial magnetic stimulation”以及“motor cortex”或“Broca area 4”或“M1”相关的术语。筛选过程由两位医学研究人员独立评估，最终确定14篇文章进行定性回顾，7篇文章数据可用于荟萃分析。

纳入标准

纳入标准包括：(1)研究对象为任何年龄或性别的健康个体，无神经或精神疾病史；(2)采用rTMS刺激M1皮层，同时结合fNIRS评估皮质活动。排除标准包括：(1)单脉冲TMS研究；(2)刺激靶区不是M1皮层的研究。

偏倚风险评估

随机对照研究使用Cochrane风险偏倚工具（Rob 2.0）评估，其它观察性研究使用Newcastle-Ottawa Scale (NOS)评估。两位评审者独立评估偏倚风险，通过讨论达成一致，如有分歧，请教对应作者。

荟萃分析

从7篇研究中提取了参与者数量、均值和标准差等数据，使用RevMan软件进行分析。分析数据包含皮质血红蛋白浓度（[Hb]）、氧合血红蛋白浓度（[HbO]）和去氧血红蛋白浓度（[HbD]）等。

研究结果

研究特征

  • 总研究数量：312篇
  • 最终纳入：14篇（定性回顾），7篇（荟萃分析）
  • 研究对象：健康成人
  • rTMS方案：传统rTMS（10篇）、四脉冲刺激（QPS）（2篇）、theta burst刺激（TBS）（3篇）
  • 测量指标：fNIRS记录Cerebral Blood Flow（CBF）、[Hb]、[HbO]和[HbD]
  • 许多研究同时记录了在线效果和刺激后的效果，只有少数研究在功能任务（如指敲击任务）中记录fNIRS测量。

fNIRS测量结果

  • 抑制性rTMS：低频（1Hz）rTMS在同侧M1皮层观察到[HbO]浓度下降，范围扩展至对侧皮层。
  • 兴奋性rTMS：激发rTMS如高频rTMS（>5Hz）和短间隔QPS（如QPS-5）一般引起同侧皮层[HbO]浓度上升。

荟萃分析结果

Meta分析发现了在低频抑制性rTMS中，对侧皮层[HbO]增加，同侧皮层[HbO]降低的趋势。然而，由于各研究之间的异质性较大，需要进一步研究以全面理解rTMS对脑活动的改变。

讨论

高频和低频刺激影响的差异

不同频率的rTMS方案对皮层兴奋性具有不同影响：低频rTMS降低皮质兴奋性，而高频rTMS增加皮质兴奋性。TBS和QPS亦能通过短期和长期的神经可塑性影响大脑活动。

设备配置和潜在干扰

在rTMS刺激和fNIRS测量可以产生干扰，研究调整了设备的距离和功率。这些因素可能引入额外的信号噪声或假信号，需在数据分析中特别注意。

局限性

本文主要包含初步观察性研究，样本量较小，fNIRS信道有限，研究设计和rTMS参数存在较大变异，这可能影响结果的准确性。这些研究的广泛差异需要谨慎解释结果，高异质性也指出需要进一步标准化的研究。

结论

尽管研究设计和参数不同，低频抑制性rTMS在对侧皮层增加[HbO]，在同侧皮层减少[HbO]这一趋势在荟萃分析中得到一致支持。这些观察结果表明大脑皮层间存在密集的相互作用和半球间调节效应。未来研究应继续探索rTMS对脑活动变化的机制，为神经康复提供理论基础。