对深层皮质区域进行三次经颅静磁刺激：腿部运动皮层的实验结果

《Neuroscience Letters》：Triple transcranial static magnetic stimulation of a deep cortical area: Findings from the leg motor cortex

　　

摘要

经颅静态磁刺激技术可通过小型但强度高的钕磁铁降低大脑皮层的兴奋性。近期，人们研发出了由三块磁铁组成的三重经颅静态磁刺激系统，以产生更强的静态磁场。不过，该系统是否能够有效调节更深层脑区的神经活动目前尚无研究。为解答这一疑问，我们在位于两半球裂隙深处的初级运动皮层腿部区域施加了三重经颅静态磁刺激。在首次实验中，健康年轻人接受常规的单磁铁经颅静态磁刺激，持续20分钟；在第二次实验中则接受三重经颅静态磁刺激。在两次实验中，我们都在刺激前、刺激后立即以及刺激后10分钟，分别记录胫前肌和股直肌产生的运动诱发电位。初步分析显示，单磁铁与三重经颅静态磁刺激相比，并无显著差异。然而，进一步分析发现，三重经颅静态磁刺激后，运动诱发电位幅度会出现时间变化：先是胫前肌的电位幅度短暂下降，随后股直肌的电位幅度上升。这些发现为未来研究提供了依据，有助于验证三重经颅静态磁刺激能否调节深层脑区的皮质脊髓兴奋性。

引言

经颅静态磁刺激是一种非侵入性脑刺激技术，通过将小型但强度高的钕磁铁置于头皮上，可降低大脑皮层的兴奋性[1]。以往研究已表明，采用常规单磁铁配置的经颅静态磁刺激，能够调节不同脑区的脑功能与神经活动[1]–[15]。近期，人们又研发出了由三块磁铁组成的三重经颅静态磁刺激系统（“SHIN jiba”），以此产生更强的静态磁场[16]。通常情况下，单磁铁经颅静态磁刺激产生的静态磁场强度足以影响大约3厘米深度处的神经功能[8]，而三重经颅静态磁刺激则能在高达4.5厘米的深度产生足够强的静态磁场[16]。更强的磁场强度意味着三重经颅静态磁刺激或许能够调节更深层脑区的神经活动。不过，目前尚缺乏直接实验证据支持这一可能性。

初级运动皮层中负责手部功能的区域通常位于距头皮表面约2–3厘米深处，而负责腿部功能的区域则更深，大约在3–4厘米处[17]。尽管深度更大，但已有研究表明，包括θ波爆发刺激、经颅直流电刺激、重复经颅磁刺激以及经颅随机噪声刺激等多种非侵入性脑刺激技术，都能调节健康成年人初级运动皮层腿部区域的兴奋性[18]–[21]。这些发现表明，该区域是验证三重经颅静态磁刺激能否降低深层脑区兴奋性的合适靶点。

因此，本研究旨在验证这一假设。在首次实验中，我们检测了常规单磁铁经颅静态磁刺激是否能降低初级运动皮层腿部区域的兴奋性，以此评估其用于更深层脑区治疗的可行性。在第二次实验中，我们则探讨了三重经颅静态磁刺激是否也能调节同一区域的兴奋性。以往研究显示，无论是兴奋性还是抑制性的非侵入性脑刺激，都能改善中风后的下肢运动功能[22]：兴奋性刺激可促进受损半球的神经活动，而抑制性刺激则能减少非受损半球带来的过度抑制作用[23]。因此，如果三重经颅静态磁刺激确实能够调节初级运动皮层腿部区域的兴奋性，那么它有望成为一种用于康复治疗的神经调控方法。

章节要点

研究对象

共有26名健康成年人（15名男性，11名女性；平均年龄21.6±0.7岁）参与了首次实验，该实验旨在评估单磁铁经颅静态磁刺激的效果。参与者通过回答喜欢用哪只脚踢球来判定其足部优势，所有参与者均为右脚优势者。另有24名健康成年人（16名男性，8名男女混合；平均年龄21.5±0.72岁）参与了第二次实验，该实验旨在进一步研究相关问题。

实验1（单磁铁经颅静态磁刺激）

图3展示了从胫前肌和股直肌记录到的运动诱发电位幅度。对于胫前肌，双因素重复测量方差分析显示，刺激条件（F_(1,50)=0.002，p=0.965）和时间点（F_(2,50)=0.594，p=0.556）均无显著主效应，二者之间的交互作用也不存在显著差异（F_(2,50)=0.344，p=0.710）。同样，对于股直肌，双因素重复测量方差分析也未显示出刺激条件或时间点的显著主效应。

讨论

本研究旨在探究经颅静态磁刺激对初级运动皮层腿部区域兴奋性的影响。虽然初步分析并未显示单磁铁与三重经颅静态磁刺激相比存在显著差异，但进一步的条件内分析发现，三重经颅静态磁刺激后皮质脊髓兴奋性会出现时间变化。下文将探讨可能导致这些现象的潜在神经生理机制，以及这些发现的意义。

研究意义说明

尽管单磁铁与三重经颅静态磁刺激的初步分析均未显示出与假刺激相比在腿部肌肉皮质脊髓兴奋性方面存在明显差异，但条件内分析提示，若能扩大样本量进行进一步研究，可能会获得更有价值的结论。

CRediT作者贡献说明

Shinozaki Yusuke：文章撰写——初稿编写、结果验证、方法设计、研究实施。Ishizaka Riku：研究实施。Nakamura Miyu：研究实施。Fujiwara Noa：研究实施。Sakakibara Noa：研究实施。Tanaka Yuki：数据可视化、研究实施。Kirimoto Hikari：研究监督、资金筹集。Shibata Sumiya：研究监督、资金筹集。Mima Tatsuya：研究监督。Watanabe Tatsunori：文章撰写——审阅与编辑、研究监督、项目管理、方法设计、资金筹集。

资金支持

本研究部分得到了日本学术振兴会（科学研究费补助金[项目编号：22 K17777、23 K24712、24 K02787、26 K14541]）以及澳大利亚卫生福利部健康促进战略补助金（SHP2507）的支持。

关于手稿准备过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在撰写本论文的过程中，作者们使用了ChatGPT来制作图表。使用该工具后，作者们对内容进行了必要的审核与修改，并对最终发表的文章内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

我们感谢所有为这项研究付出时间和精力的参与者。

Shinozaki Yusuke|Ishizaka Riku|Nakamura Miyu|Fujiwara Noa|Sakakibara Noa|Tanaka Yuki|Kirimoto Hikari|Shibata Sumiya|Mima Tatsuya|Watanabe Tatsunori