经颅磁刺激运动皮层的哪个部位？结合电生理测量和实际现场估计揭示受影响的皮层位置

1. 研究背景

自1985年经颅磁刺激（TMS）首次展示以来，对运动皮层的刺激一直是经颅磁刺激研究的主流。在这种情况下，对刺激效果的评估是直接的，因为由此产生的肌肉反应可以很容易地用肌电图（EMG）记录下来。各种刺激协议的发展，如成对脉冲经颅磁刺激，有规律和模式的重复性经颅磁刺激，或成对的联合刺激都是针对运动皮层进行的研究。QY球友会对经颅磁刺激在微观层面上的生理效应的理解，大多来自针对运动皮层的复杂实验。然而当TMS引起肌肉抽动时，M1的哪一部分受到刺激仍不清楚。

2. 研究方法

2.1 被试

实验招募了11名健康、右利手的志愿者（年龄22-44岁，5名女性），他们都没有神经或精神疾病史，也没有接受常规药物治疗，两名被试排除在最终的数据分析之外。每位被试均参加了1次MRI和3次TMS，经颅磁刺激治疗间隔1周或更长时间。

2.2 实验流程

QY球友会使用有限元方法（FEM）和基于磁共振图像的个人头部模型，以获得真实估计的电场诱导经颅磁刺激。

图1. (A) 9个测试线圈方向的可视化叠加在一个模范受试者的重建皮质板上。绿色的点表示线圈中心和线显示线圈的方向，对应于电流在线圈中心下面流动的近似方向。(B)这两个ROI包括中央前回的手把手区域的冠(蓝色)和后沟部分(绿色)。(C) GM中的电场强度分布，在1 A /µs的固定刺激强度下，采用全磁头模型计算。(D)和C一样，但是使用了一个模型，在这个模型中，颅骨内的区域被视为均匀的。(E)黑线显示了受试者之间FDI的平均(±SE) MT曲线。彩色的线条表示单个被试对应的MT曲线。(F)为可视化电场选择的示例位置(见下面的两个子图)。红色:FDI的CoG预测;蓝色:位于中央前回后缘;绿色:手把手最后外侧的沟位置。浅蓝色:手把手外侧沟位置;紫色:手把手内侧的沟位置。(G)根据线圈方向，在固定刺激强度为1 A /µs时，计算示例位置上的平均电场强度(±SE)。曲线的颜色与对应位置的颜色相匹配，如F. (H)垂直于皮层片的电场分量的平均值(±SE跨越受试者)，依赖于线圈方向。在示例位置评估这些值，计算固定的刺激强度为1 A /µs。

3. 研究结果

当系统地改变线圈的测量方向时，运动皮层不同亚部分的磁场变化与两块手部肌肉的电生理阈值变化进行了比较。QY球友会证明经颅磁刺激作用于脑回冠周围的区域，该区域的最大电场强度与电生理反应显著相关。

图2. 将fMRI激活和运动皮层及周围区域的场分布分组，如Freesurfer平均模板所示。

这些结果有助于QY球友会进一步了解颅磁刺激的基本机制，也为系统地探索经颅磁刺激强度控制的实际现场估计铺平了道路。

4. 结论

QY球友会证明了基于真实头部模型的电场计算与MT变化之间的显著对应关系。最佳的对应一致见于中央前回的冠区，并且对神经激活模型的假设是可靠的。使用类似于球形头部模型的简化头部模型会导致空间不明确的结果。QY球友会的结果表明，最大电场强度是目前最好的参数，以进一步探索可用的定量剂量场计算。

5. 名称及DOI号

Bungert, A., Antunes, A., Espenhahn, S., & Thielscher, A. (2017). Where does TMS stimulate the motor cortex? Combining electrophysiological measurements and realistic field estimates to reveal the affected cortex position. Cerebral Cortex, 27(11), 5083-5094.

Doi: 10.1093/cercor/bhw292