常规而非个性化非运动性重复经颅磁刺激后大脑广泛抑制的证据：一项多模式研究

《Brain Research》：Evidence of widespread brain inhibition following conventional but not individualised non-motor repetitive transcranial magnetic stimulation: A multimodal study

本研究通过纵向双胞胎设计，探讨音乐训练对儿童脑发育轨迹的影响，发现感觉运动同步能力与特定脑区发育减缓显著相关，且该关联由共享环境、独特环境及遗传因素共同驱动。

　　本研究探讨了个体在音乐表演中表现出的传感器运动同步（Sensorimotor Synchronization, SMS）能力与大脑发育轨迹之间的关系。通过一项大规模的纵向双胞胎研究，研究者旨在理解遗传和环境因素如何影响这一现象。这项研究不仅揭示了个体在大脑发育过程中存在的差异，还进一步探讨了这些差异是否可以被丰富的生活经验所驱动。结果表明，在27%的运动和情绪相关的感兴趣区域（Region of Interest, ROI）中，大脑发育模式的减弱与SMS表现存在显著关联，这种关联在排除社会经济地位（Socioeconomic Status, SES）影响后依然存在。这表明，个体在音乐表演中的能力可能与大脑的发育过程密切相关，并且这种关系可能受到遗传和环境因素的共同作用。

研究采用的纵向双胞胎设计是理解遗传和环境因素对大脑发育影响的重要工具。这种设计允许研究者通过比较同卵和异卵双胞胎之间的差异，来区分哪些变异是由基因决定的，哪些是由环境因素造成的。在本研究中，研究对象的年龄范围从7岁到14岁，样本量在不同时间点分别为418名、367名和228名。这种设计的优势在于能够捕捉个体在成长过程中大脑结构和功能的变化，从而更全面地分析SMS能力与大脑发育之间的动态关系。此外，通过使用多模态技术，如功能性磁共振成像（fMRI）、电场建模（Field-Modeling）和弥散磁共振成像（dMRI）的束追踪（Tractography），研究者能够更精确地评估大脑活动的变化及其潜在的神经机制。

传感器运动同步（SMS）是指个体在听到节奏性声音时，能够同步自己的动作，例如用手指敲击节奏。这种能力不仅与运动控制有关，还与听觉处理、认知灵活性和情绪调节等多方面能力相关。在本研究中，研究者通过一项基于听觉提示的指敲任务，测量了个体的SMS表现。该任务要求参与者根据听到的声音节奏，同步进行手指敲击。这种任务的设计旨在评估个体在听觉和运动信息整合方面的能力，同时也能够揭示大脑中相关区域的活动模式。

研究结果表明，个体在SMS任务中的表现与大脑发育轨迹之间存在显著关联。具体而言，那些在大脑发育过程中表现出减弱模式的个体，其SMS表现也相对较低。这种关联在排除社会经济地位的影响后依然存在，说明SMS表现与大脑发育之间的关系可能不仅仅是由于外部环境因素造成的，而是与个体的内在生理和心理特征密切相关。此外，研究还发现，这种关联在一定程度上是由共享的环境因素和独特的环境因素（包括测量误差）共同驱动的，同时遗传因素也在其中起到了重要作用。

研究者进一步推测，大脑发育的减弱可能与丰富的环境经验有关，例如音乐训练。音乐训练被认为是一种能够促进大脑可塑性的活动，它不仅能够增强听觉和运动区域的功能，还可能影响大脑的整体发育模式。这种推测基于这样一个观点：丰富的环境刺激可能延缓大脑的发育过程，从而使得某些区域的活动模式变得更加稳定或减弱。这种现象可能在某些个体中更为明显，尤其是在那些具有特定遗传倾向的人群中。

此外，研究还探讨了不同类型的低频重复经颅磁刺激（Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS）协议对大脑活动的影响。rTMS是一种非侵入性的神经调控技术，它通过向大脑施加重复的磁脉冲，来调节神经元的兴奋性。低频rTMS通常被认为能够诱导神经元的抑制，其机制类似于长期抑郁（Long-Term Depression, LTD）。在本研究中，研究者使用了两种不同的rTMS协议：一种是常规的低频rTMS（1 Hz，强度为90%的rMT），另一种是基于个体化参数的rTMS（J90M1 = J90STG）。这两种协议分别针对大脑的运动皮层和颞上回（Superior Temporal Gyrus, STG），并结合了fMRI、电场建模和束追踪等技术，以评估rTMS对大脑活动的局部和远端影响。

研究结果表明，常规的低频rTMS协议能够显著抑制由疼痛范式引发的大脑激活簇，这种抑制效应在rTMS刺激结束后至少持续了11分钟。相比之下，个体化的rTMS协议并未引起类似的激活簇变化。这一发现表明，针对特定脑区的rTMS刺激可能在调节大脑活动方面具有不同的效果，而这种效果可能与刺激的强度、频率和个体的生理特征密切相关。此外，电场建模和束追踪的结果为这些变化提供了解剖学上的支持，表明rTMS对目标脑区及其相关神经网络的影响是真实存在的，而非仅仅是测量误差或偶然现象。

研究还强调了多模态技术在理解rTMS效应中的重要性。传统的研究方法往往只关注单一的神经成像技术，而本研究采用的多模态策略结合了fMRI、电场建模和束追踪，能够更全面地评估rTMS对大脑活动的影响。fMRI提供了良好的空间分辨率，能够捕捉大脑在静息状态和任务状态下的活动模式；电场建模则能够估算rTMS刺激的电场分布，从而确定刺激对大脑的具体影响范围；而束追踪技术则能够重建大脑中的白质通路，揭示rTMS对神经网络的潜在作用。这些技术的结合不仅提高了研究的准确性，还为未来开发个性化的神经刺激协议提供了重要的理论基础和技术支持。

研究的另一个重要发现是，大脑行为之间的关联并非完全由遗传因素决定，而是受到共享环境因素和独特环境因素的共同影响。共享环境因素可能包括家庭环境、教育背景和社会经济地位等，这些因素可能在个体之间产生相似的影响，从而导致大脑活动模式的相似性。独特环境因素则可能涉及个体的个人经历、特定的训练或活动等，这些因素可能在个体之间产生不同的影响，从而导致大脑活动模式的差异。此外，测量误差也可能在一定程度上影响研究结果，因此研究者在分析中特别注意了这些因素的控制和校正。

这项研究的意义在于，它不仅揭示了SMS能力与大脑发育之间的关系，还为未来的研究提供了新的视角和方法。通过结合纵向双胞胎研究和多模态技术，研究者能够更深入地理解遗传和环境因素在大脑发育过程中的作用。这种研究方法可以应用于其他领域，例如教育、心理学和临床神经科学，以探索不同因素对大脑功能的影响。此外，研究结果还可能对未来的神经调控技术，如rTMS的应用提供指导，帮助开发更有效的治疗方案。

研究者还指出，音乐训练作为一种丰富的环境经验，可能在大脑发育过程中起到重要作用。音乐训练不仅能够增强听觉和运动区域的功能，还可能影响大脑的整体可塑性。这种影响可能表现为大脑某些区域的发育模式减弱，而其他区域的发育模式则可能得到增强。因此，音乐训练可能不仅是一种艺术活动，更是一种能够促进大脑发育和功能优化的工具。这一观点为未来的音乐教育和神经康复提供了新的思路和理论支持。

在实际应用中，这项研究的结果可能对临床实践产生重要影响。例如，对于那些患有慢性疼痛或抑郁症的患者，rTMS可能是一种有效的治疗手段。然而，目前的研究主要集中在运动皮层和某些非运动脑区的应用上，而对其他非运动脑区的rTMS效应研究仍较为有限。因此，未来的研究需要进一步探索rTMS在不同脑区的应用效果，以确定其在治疗各种疾病中的潜在价值。

此外，研究还强调了个体化rTMS协议的重要性。传统的rTMS协议通常采用统一的参数，而个体化协议则能够根据个体的生理特征和大脑结构进行调整。这种调整可能提高rTMS的治疗效果，因为它能够更精准地针对个体的需求进行刺激。例如，在本研究中，个体化协议未能引起明显的激活簇变化，这可能表明其对特定脑区的刺激效果不如常规协议。因此，未来的研究需要进一步优化个体化协议的参数，以提高其在不同个体中的应用效果。

总的来说，这项研究为理解个体在音乐表演中的能力与大脑发育之间的关系提供了重要的理论支持和实证依据。通过结合纵向双胞胎研究和多模态技术，研究者能够更全面地分析遗传和环境因素对大脑发育的影响。研究结果不仅揭示了SMS能力与大脑发育之间的关联，还为未来的神经调控技术提供了新的视角和方法。此外，研究还强调了音乐训练作为一种丰富的环境经验，可能在大脑发育过程中起到重要作用，为未来的教育和康复实践提供了理论指导。