经颅磁刺激脉冲波形与电流方向对测试-重测可靠性及测量结果变异性的系统性影响

本研究通过机器人辅助导航技术，系统评估了四种TMS脉冲波形（双相/单相）与电流方向（前后向/后前向）组合对单脉冲TMS（spTMS）协议测量结果的影响。研究发现，除输入-输出曲线（I/O）外，所有spTMS协议结果均受TMS波形显著影响，其中后前向电流方向可降低运动诱发电位（MEP）振幅和潜伏期的变异性，且单相后前向脉冲在主动运动阈值（AMT）和MEP潜伏期协议中表现出更优的可靠性。该研究为临床TMS治疗方案设计提供了关键参数优化依据。

　　

研究背景与意义

经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）作为一种非侵入性脑刺激技术，其脉冲参数（如波形和电流方向）对神经调控效果具有决定性影响。然而，这些参数如何影响单脉冲TMS（spTMS）协议的测试-重测可靠性及测量变异性，长期以来缺乏系统性研究。随着TMS在抑郁症、帕金森病等神经精神疾病治疗中的广泛应用，明确脉冲参数的优化组合对提升临床疗效至关重要。

研究方法与技术

德国联邦国防大学的研究团队采用机器人辅助神经元导航系统（TMS-Cobot），对19名健康受试者进行三种重复会话（间隔30分钟和7小时）的四种TMS波形条件测试：双相后前向（Bi-PA）、双相前后向（Bi-AP）、单相前后向（Mono-AP）和单相后前向（Mono-PA）。研究涵盖静息/主动运动阈值（RMT/AMT）、1 mV MEP振幅刺激强度（SI1mV）、皮质静息期（cSP）、输入-输出曲线（I/O）及三种刺激间隔（ISI: 5/10/15秒）的MEP振幅与潜伏期测量。

研究结果

1. 波形条件对spTMS协议的影响：

   • 除I/O外，所有协议结果均受TMS波形显著影响。Bi-PA条件诱导最低的RMT（46.7±6.4% MSO）和AMT（37.2±5.9% MSO），而Mono-AP条件导致最长的MEP潜伏期（25.83±1.96 ms）和最高SI1mV（85.7±7.2% MSO）。

2. 变异性分析：

   • Mono-PA条件显著降低MEP振幅的标准差（SD: 0.256±0.286 mV），而Mono-AP条件在MEP潜伏期表现出最高的变异系数（CV: 2.022±2.399 ms）。

3. 可靠性评估：

   • 双相前后向（Bi-AP）在AMT协议中可靠性最低（ICC_1-3=0.781），而单相后前向（Mono-PA）在MEP潜伏期协议中可靠性最高（ICC_1-2=0.921）。

结论与讨论

该研究首次系统揭示了TMS脉冲参数对spTMS协议测量效能的调控规律：后前向电流方向（PA）可显著降低测量变异性，而单相后前向脉冲（Mono-PA）在AMT和MEP潜伏期协议中展现出最优的测试-重测可靠性。这一发现为临床TMS治疗方案的参数选择提供了实证依据，尤其对需要高重复性的神经可塑性诱导治疗（如抑郁症的重复经颅磁刺激rTMS）具有重要指导意义。

研究同时指出，双相脉冲虽能降低运动阈值，但其在AP方向的可靠性较差，提示临床应用中需权衡刺激效率与结果稳定性。未来研究可进一步探索不同TMS设备波形差异对神经调控效果的长期影响。论文发表于《Brain Research》，为TMS技术的标准化应用奠定了重要理论基础。