利用经颅磁刺激研究人类神经肌肉系统

本实验的总体目标是通过经颅磁刺激诱发运动诱发电位，首先在桡侧腕屈肌，随后在竖脊肌中进行。该过程首先对相应肌肉表面的皮肤进行准备，以进行肌电图记录，并对受试者进行生物力学定位，以实施经颅磁刺激。

热点被确定为位于运动皮层上的刺激部位中，能够诱发出最大运动诱发电位的部分。下一步是确定运动阈值。此时，通过单脉冲经颅磁刺激来量化运动诱发电位的幅度和沉默期持续时间。

配对脉冲经颅磁刺激也可用于量化皮质内易化作用以及短时程和长时程皮质内抑制。最终，通过联合使用经颅磁刺激和肌电图，可评估人体内锥体束及皮质-皮质兴奋性的活体指标。通常，初学者可能在掌握该方法时遇到困难，因为仅通过书面描述难以理解经颅磁刺激中细微技术要点，而在对人类受试者进行实验和测试时单纯采用试错方式进行学习，会面临诸多困难与挑战，难以准确演示操作流程。

除了我之外，还有来自俄亥俄肌肉骨骼与神经科学研究所的研究人员大卫·古斯（David Gus Jr.）。在开始经颅磁刺激（TMS）实验之前，首先应根据磁共振安全教育与研究协会制定的筛查指南对受试者进行筛查，排除有癫痫或惊厥家族史的个体。随后，采用双极电极排列方式，将表面电极放置于受试者前臂的桡侧腕屈肌（FCR）肌肉上。

电极应纵向放置于未剃毛的肌肉及编织皮肤表面。同时在头部放置一个roc帽，以标记刺激位置。现在让受试者坐在Biodex系统四代测力计上，左臂保持伸展状态 resting。

在本方案中，我们将刺激大脑右侧，以激活控制左前臂的桡侧腕屈肌（FCR）。将一个70毫米的双线圈形经颅磁刺激（TMS）线圈置于头皮表面，与头皮呈切线方向，并与中线成45度角，使感应电流沿外侧后方至内侧前方的方向流动。接下来，轻微地以极小幅度移动TMS线圈，以确定能够引出FCR肌肉最大运动诱发电位的刺激位点。找到该位置后，使用永久性墨水在头皮或类似的帽具上标记此区域。

通过逐步增加刺激强度并施加单次脉冲，对 FCR 确定运动阈值，直至在超过 50% 的试验中诱发出的运动诱发电位峰-峰幅值超过 50 微伏。为检测 FCR 的运动诱发电位幅值，在先前确定的热点位置给予单次 TMS 脉冲，刺激强度设定为运动阈值的 130%，并计算峰-峰幅值。该结果可依据正中神经超强电刺激后所记录到的最大复合肌肉纤维动作电位进行标准化。

当在肌肉收缩期间对皮层施加 CMS 脉冲时，会产生一个运动诱发电位，随后出现电活动静息期，之后活动才恢复。这表明存在皮层-皮层脊髓抑制，通常称为静息期。

为了量化 FCR 锥体束静息期，在受试者以最大力量的 15% 进行腕屈肌收缩的同时，将单次 TMS 脉冲施加于运动热点，刺激强度设定为运动阈值的 130%。为了利用配对脉冲 TMS 评估 FCR 肌肉的皮层内易化作用，首先确定诱发运动诱发电位（MEP）幅值在 0.5 至 1 毫伏之间的刺激强度。随后，在超强阈值测试脉冲前 15 毫秒处施加一个阈下 conditioning 脉冲（强度为运动阈值的 70%）；在此时间间隔施加的 conditioning 脉冲将增强或易化运动诱发电位的幅值，其效应强于相同强度的单次非 conditioning 脉冲。

接下来，使用成对脉冲经颅磁刺激（paired pulse TMS）量化短间隔皮质内抑制，操作步骤与测量皮质内易化时所述相同，但两个刺激脉冲之间的刺激间期应缩短至3毫秒。在此时间点施加的条件刺激脉冲，会比相同强度的单个非条件刺激脉冲更显著地降低运动诱发电位的幅度。为了量化长间隔皮质内抑制，使用成对脉冲经颅磁刺激，施加两个强度相同且高于阈值的测试脉冲，两脉冲间隔为100毫秒。

对于FCR肌肉，与第二次脉冲相关的运动诱发电位将比与第一次脉冲相关的更小，或受到更强的抑制。接下来，对于竖脊肌的刺激，受试者应坐在带转盘的椅子上，大腿与躯干成90度角，小腿与大腿成约45度角，腰椎保持中立直立姿势，双手 resting in the lap。对于竖脊肌，使用电极阵列纵向放置在L3至L5椎体水平剃毛并编辫的皮肤上，以舒适地定位皮质竖脊肌刺激位置。

本研究采用人体测量法确定颅骨顶点，找到鼻根点与耳前点连线在矢状面上的交点，以及左右外耳道连线在冠状面上的交点，将此交点标记为刺激竖脊肌的顶点。我们使用双锥形线圈，因其具有更大的穿透深度，因此能够刺激到在运动小人图中位置较深的这些肌肉的皮层代表区。此处，线圈的放置方向使电流沿前向后方向流动。

此处的线圈经过定制改装，带有激光附件系统，以帮助我们在后续重新定位双锥线圈，从而确定竖脊肌的运动阈值。不应采用先前演示的上肢方法，因为对背部肌肉进行刺激时耐受性较差。相反，应以最大刺激器输出的50%开始单脉冲刺激，以确定该刺激强度是高于还是低于运动阈值。

为了检测竖脊肌的运动诱发电位幅度，可在运动阈值强度基础上增加40%或50%的强度，对头顶点施加单次经颅磁刺激脉冲。由于支配竖脊肌的周围神经无法通过电刺激进行激活，因此这些运动诱发电位无法进行标准化处理。需要注意的是，在刺激竖脊肌群时，其他多个肌群也会同时出现明显且显著的激活反应，包括下肢肌肉，这些肌肉在运动皮层均位于同源体的相近区域。

使用成对脉冲经颅磁刺激（paired pulse TMS）测定竖脊肌群的皮层内易化时， conditioning 脉冲强度应设定为观察到的运动阈下水平，即刺激器输出的 40% 或 50%；测试脉冲强度应设定为比运动阈下水平高 40%，即刺激器输出的 80% 或 90%。接下来，为定量评估短间隔皮层内抑制，采用与测定皮层内易化相同的步骤，唯一区别是将两个刺激脉冲之间的刺激间期缩短至 3 毫秒。实验结束后，协助受试者移除电极和帽状装置，并务必感谢其参与实验。

此处显示的肌电图（EMG）轨迹代表了随着刺激强度逐渐增加而产生的运动诱发电位反应，刺激强度以刺激器输出的百分比（%SO）表示。请注意，在较低强度时仅诱发出非常微小的运动诱发电位（MEP），但在32%SO时诱发出的MEP达到了运动阈值。当受试者进行轻微肌肉收缩并对运动皮层施加单次刺激时，可观察到静息期。

静默期的前半部分是由于脊髓抑制所致，而后半部分则归因于皮层抑制，特别是GABA B受体的作用。此处我们观察到，通过对桡侧腕屈肌进行成对脉冲经颅磁刺激，运动诱发电位幅度的变化，可测量短间隔皮层内抑制（SICI）和皮层内易化（ICF）。此处我们还看到竖脊肌的肌电图记录示例，以及短间隔皮层内抑制和皮层内易化的测量结果。

最后，我们在此看到长间隔皮质内抑制（LICI）的一个示例性测量结果。观看本视频后，您应能够充分理解如何对腕屈肌（flexor carpi radialis 肌）以及竖脊肌群施加单脉冲和双脉冲经颅磁刺激（TMS）。需要注意的是，这些在特定肌群中的演示仅是应用 TMS 研究人体神经肌肉系统的若干代表性示例。

请务必注意，涉及人类受试者的研究可能会对个体健康造成风险。必须确保个体暴露于强磁场是安全的，在进行该操作时应始终谨慎小心。