1. 經顱磁刺激和腦電圖產品技術簡介

以腦電圖為代表的電生理測量可以在毫秒級的時間量度上探測神經活動，具有極高的時間分辨率。腦電圖與主動任務相結合的研究同樣發(fā)現一些原先判斷為無意識的患者在執(zhí)行特定任務時有主動反應。研究者們開發(fā)了很多復雜的腦電分析算法，如雙譜指數、功率譜分析、神經復雜度等等，但這些算法大多用于分析僅反應背景神經活動的靜息態(tài)腦電，背景活動與“刺激-響應”過程相比缺少很多重要信息。

神經影像和腦電可以繞開行為學評估的部分限制因素，不少評估指標在組間水平上可區(qū)分意識狀態(tài)，但目前尚無法應用于個體水平，而且很多評估同樣需要患者保留語言理解功能及主動參與配合。作為一種新技術，經顱磁刺激聯合多導聯腦電圖（TMS-EEG）克服了上述各種技術方法的缺點，無需患者主動參與配合，無需語言或動作輸出，也不受評估者的主觀影響，可應用于床旁評估腦功能。 一些研究者認為該技術可能在個體水平上得到精確的意識評估結果。

2. 經顱磁刺激聯合腦電圖（TMS-EEG）技術 

自 20 世紀 80 年代以來經顱磁刺激（TMS）技術即開始廣泛應用于神經和心理學研究領域。這是一種無創(chuàng)的技術，通過線圈作用于頭皮產生強而短暫的磁脈沖刺激大腦皮層。磁場強度的快速變化誘導組織中產生感應電流，導致局限區(qū)域皮層神經元的去極化和激活。磁場強度隨距離線圈距離的增加迅速衰減，因此TMS作用的深度十分有限，局限于皮層表面，在刺激點位置可到達白質，刺激的范圍也是有限的。按照刺激模式經顱磁刺激可分為單脈沖、雙脈沖和重復經顱磁刺激。最初，研究者對運動皮層行單脈沖 TMS，通過肌電圖記錄到了外周肌肉肌電反應。重復經顱磁刺激（rTMS）分為高頻（刺激頻率高于 1Hz）和低頻（刺激頻率低于1Hz）刺激。重復經顱磁刺激可誘發(fā)皮層局部神經元持久的激活 （高頻刺激）或抑制（低頻刺激），具有延遲效應，可能有神經重塑的功能，而 研究者通過觀察刺激后激發(fā)的行為或認知功能改變來研究 rTMS 的效應。近幾年來，隨著技術的進步，發(fā)明了磁兼容的腦電電極和放大器，使得 TMS 刺激下同步記錄不受干擾的腦電成為可能，經顱磁刺激聯合腦電圖（TMS-EEG）技術因此誕生。運用 TMS-EEG 技術，我們記錄到腦本身對磁刺激的反應，與肌電或行為認知觀察相比，因果關系更為明確更為直接。

3. 經顱磁刺激聯合腦電圖（TMS-EEG）技術應用方向

TMS 在神經科學研究和臨床治療方面有廣泛的應用。比如 rTMS 可以活化或抑制特定區(qū)域；用于研究認知，腦與行為的關系；治療功能性障礙疾?。ㄈ缫钟?，耳鳴，疼痛等）和大腦的代謝功能紊亂；用于訓練周邊肌肉，也可以緩解肌肉的功能退化。在美國 rTMS 已被 FDA 批準用于抑郁癥的單藥治療。目前世界上已有超過 3000 個機構在使用 TMS 刺激器用于科研，診斷和治療。 

目前根據已查的文獻 TMS 與 EEG 之間影響關系分為幾類： 

1、影響誘發(fā)電位（SEP 與 VEP） 

2、影響事件相關電位（常見的為聽覺或者視覺的 P300、ERN、CNV、N2 等特征波形） 

3、影響 EEG 的能量值或者功率譜等（alpha 居多、部分為 gamma、beta 等） 影響的值與刺激的范式有關，具體可以參閱文獻 A Review of Combined TMS-EEG Studies to Characterize Lasting Effects of Repetitive TMS and Assess Their Usefulness in Cognitive and Clinical Neuroscience 

通過可查閱的文獻，現在 TMS-EEG 同步采集主要應用于情緒、康復、疲勞、 麻醉藥物、認知研究、軀體感覺皮層、毒品、成癮性等眾多研究領域中。

4. 經顱磁刺激聯合腦電圖（TMS-EEG）技術應用前景

目前經顱磁刺激（TMS）與腦電（EEG）采集系統(tǒng)結合進行 TMS 誘發(fā)電位分析是一種有效地揭示腦功能的方法。TMS 誘發(fā)電位分析目前使用的主要方法有：直接波形分析、頻譜分析、全局平均場幅度方法（GMFA）、最小范數估計（MNE）等。TMS 誘發(fā)電位的研究正處于蓬勃發(fā)展階段，現階段主要應用在分析 TMS 對大腦的影響、探索大腦功能、研究神經連接以及分析神經類藥物的作用等方面，目前已經在一些領域獲得了很多的科研成果，對于揭示大腦認知，干涉大腦神經活動具有很深遠的意義。另外使用 TMS 引起的局部大腦區(qū)域短暫、 虛擬損傷還可以給認知神經科學研究提供補充手段，EEG 高時間分辨率可以讓 TMS-EEG 技術可以用來研究大腦功能聯通性、注意的機制、大腦不同頻率的振蕩關系等問題，在近段時間仍將是最有效最前沿的研究方向。

4.1 TMS 在科學研究中的應用

（1）皮質功能區(qū)定位研究 

（2）視覺研究 

（3）感覺與運動研究 

（4）皮質生理功能研究 

（5）大腦神經可塑性研究 

（6）神經系統(tǒng)疾病中皮質興奮性的改變 

（7）認知和心理學研究 

（8）情緒調控 

（9）更多應用的檢索

4.2 TMS 臨床檢查與評估中的應用

（1）運動閾值 MT 

（2）運動誘發(fā)電位 MEP 

（3）中樞運動傳導時間 CMCT 

（4）成對經顱磁刺激 ppTMS 

（5）中樞靜息期 SP 

（6）皮質的聯系和傳導 

（7）TMS 的聯合應用

4.3 TMS 臨床應用的學科

（1）神經科：TMS 可用于診斷和治療的疾病包括：癲癇病、帕金森病、肌萎縮側索硬化癥、肌張力障礙性疾病、運動神經元疾病、多發(fā)性硬化、亨廷頓舞蹈癥、吉蘭-巴雷綜合癥、偏頭痛等。 

（2）精神科：常用于治療藥物難治性抑郁癥、狂躁癥、強迫癥、創(chuàng)傷后應激障礙、精神分裂癥、小兒多動癥、孤獨癥、幻聽、耳鳴、睡眠障礙等。 

（3）康復科：常用于診斷、治療腦卒中、脊髓損傷、肌纖維痛、外周神經損傷、 運動功能障礙等疾病。 

（4）其他科室：呼吸內科用于刺激膈肌運動、輔助呼吸；婦產科用于產后抑郁癥、產后尿潴留、尿失禁；小兒科用于檢測神經發(fā)育、治療小兒腦癱和其他神經精神性疾??；另外還可以治療成癮性疾病，如吸毒、抽煙、酗酒、上網成癮等。

應用研究領域

• 認知心理學 
• 神經科學 

其他無創(chuàng)功能定位技術，如 fMRI 是觀察在給受試者特定任務時大腦區(qū)域的激活情況，但無任何證據可以證明激活區(qū)域確實用于該任務，只能說明該區(qū)域與任務具有相關性。而采用 TMS 刺激抑制相關區(qū)域的電位活動，受試者在執(zhí)行任務時表現變差，就是說明該區(qū)域用于執(zhí)行該任務的有力的證據。例如要求受試者記憶并重復一串數字，fMRI 的顯示激活前額區(qū)（PFC），表明該區(qū)與短時記憶有關。如果通過 TMS 刺激 PFC，受試者的數字以及能力降低，就可以證明 PFC 是用于短時記憶的，因為抑制受試者 PFC 電活動導致短時記憶的能力降低。 

臨床

TMS 和 rTMS 也可用于診斷和治療，TMS-EEG 可為治療和診斷提供更為準確的治療方案和位置。 

診斷

臨床診斷主要為測定特定大腦回路的活動和功能，目前被廣泛接受的是測定 初級運動皮層與肌肉（如 MEP 波幅，MEP 潛伏期，）中樞運動傳導時間等。rTMS （theta-burst 刺激，成對相關刺激）也可用于大腦重塑型的測定。TMS-EEG 研究治療過程中位置、節(jié)律波和潛伏期等變化規(guī)律，對疾病康復和治療有指導作用， 并具有重要的科研價值。 

• 中風 
• 脊柱損傷
• 多發(fā)性硬化癥
• 運動神經元疾病
• 大腦重塑性異常等

治療

大量研究表明 TMS 和 rTMS 可治療多種神經和精神疾病。目前被廣泛接受的疾病治療為抑郁癥，TMS 已被歐洲，加拿大，澳大利亞和美國等多個國家批準可用于臨床抑郁癥的治療。TMS-EEG 研究治療過程中位置、節(jié)律波和潛伏期等變化規(guī)律，對疾病康復和治療有指導作用，并具有重要的科研價值。TMS-EEG 可用于以下疾病的治療和研究：

神經疾病 ：弱視 、肌萎縮性脊髓側索硬化癥、慢性疼痛、語言障礙、肌張力障礙、癲癇 、纖維肌痛、偏側空間忽視 、偏頭痛 、帕金森病、中風 、失語 、耳鳴以及自閉癥等 

精神疾病 ：抑郁癥、強迫癥、幻肢、 狂躁、幻聽以及精神分裂癥等 

安全性

根據安全指導說明進行操作，TMS 刺激是非常安全的。誘發(fā)發(fā)作（在安全指導出現之前有 8 例，1998 年后至今共 7 例）- 而具權威機構報道至少 6620 個人使用過 TMS，發(fā)作率只有 0.1%。如果有短暫性頭痛和聽力變化（可復用一些溫和的藥物，或佩戴耳機），使用特殊的 TMS-EEG 能夠研究治療過程中位置、節(jié)律波和潛伏期等變化規(guī)律，對疾病康復和治療有指導作用，并具有重要的科研價值，且未收到任何正確操作下的不良報告。

禁忌

由于 TMS 是高強度磁場誘發(fā)腦電活動的變化，特殊的人群不適合做此治療或實驗：

• 癲癇病史
• 顱內壓增高
• 腦部病變（血管，創(chuàng)傷，腫瘤）
• 頭部（包括嘴巴里）有金屬物質 
• 電子設備（心臟起搏器，植入治療泵，DBS，植入人工耳蝸）
• 懷孕 
• 服用降低驚厥閾值的藥物

經顱磁刺激聯合腦電圖（TMS-EEG）技術同步采集要求 

為提高信號記錄的質量，腦電通常選用 64 導聯及以上的腦電圖設備進行采集，電極為特制的磁兼容電極，可減少 TMS 相關偽跡信號。磁刺激可能誘發(fā)眼肌、面部肌肉抽動，給信號記錄帶來干擾，為降低此項干擾，通常選擇鄰近中線頭皮區(qū)域為刺激部位。此外，為避免聽覺誘發(fā)的腦電干擾，記錄時可予以患者佩戴耳塞或通過耳機播放白噪聲屏蔽聽覺刺激。為進一步規(guī)范刺激參數，提高刺激的精度和可重復性，建議最好能配備導航系統(tǒng)，一方面可提高刺激部位的準確性， 另一方面可通過導航系統(tǒng)明確頭皮至皮層的相對距離，有助于評估計算 TMS 在皮層區(qū)域誘發(fā)的真實電場強度。另外 TMS-EEG 同步采集的需要放大器具有特殊設計，避免強磁場下對設備的干擾，對 EEG 圖形的干擾。