经颅磁刺激(TMS)是一项无创无痛、有效刺激大脑皮层的新方法，由Barker于1985年首先提出并应用于人体。经颅磁刺激器由两部分组成：产生快速变化电流的电路部分(包括电容充/放电系统和控制系统)和产生时变磁场的线圈。这两者通过电缆连接，储存在电容器里的能量经信号触发后释放到线圈里。TMS的作用原理在于通过时变磁场诱发出感应电场，即法拉第磁效应。简单来说，一个快速电流脉冲通过刺激线圈，产生强大的瞬间磁场(约1～4T)，该磁场几乎不衰减地通过头皮和颅骨，在大脑皮层功能区的神经组织产生环形感应电流，使神经细胞去极化。其最终效应既可以引起暂时的大脑功能的兴奋或抑制，也可以引起长时程的皮层可塑性的调节。经颅磁刺激技术除了可应用于脑部刺激之外，脊髓神经根及外周神经的磁刺激。因为该技术具有功能方面的独特性和无创、无痛、操作简便及安全可靠等优点，因此很快被推广到临床和科研的各个领域。并与PET(正电子发射型计算机断层显像)、FMRI(功能核磁)、MEG(脑磁图)并称为“二十一世纪四大脑科学技术”。
经颅磁刺激示意图
经颅磁刺激在神经系统疾病中的应用：
(1)运动障碍性疾病：TMS已经用于多种运动障碍的研究之中。刺激的靶位点包括运动皮质及其投射区域,这些区域是导致运动障碍的关键部位。
帕金森病(Parkinson′s disease,PD)：PD患者在休息时表现为兴奋性亢进或抑制性减退,但是自主运动过程中产生的兴奋性输入是缺损和失调的。在Brodmann 4区的兴奋性TMS显示PD患者“中枢静息期”缩短,这种效应是由γ-氨基丁酸(GABA)介导的,并可以被左旋多巴翻转。Siebner等对帕金森病患者运动皮质予以5 Hz、每天22~50次、90%运动阈值rTMS,可减轻运动不能和肌强直症状,这可能与rTMS提高丘脑皮质兴奋性或调节脑内儿茶酚胺代谢有关。Sommer等对7名患者分别在4 d中进行1、5、10 Hz和20 Hz的rTMS治疗,结果显示对帕金森病患者的运动障碍和认识障碍有一定疗效。
肌张力障碍：肌张力障碍的病理基础是运动皮质呈高兴奋性或皮质内抑制作用的缺失,而低频率TMS可以抑制这种高兴奋性。对书写痉挛患者,1 Hz低强度rTMS治疗20 min就可以出现皮质兴奋性的降低,皮质静息期的延长,写字时笔尖压力降低,书写困难症状改善。抽动障碍是由于皮质下基底神经节的兴奋性略高或异常而致。有人报道低频rTMS可减少抽动症的发作频率,这可能与低频rTMS抑制皮质运动区过度兴奋有关。
(2)癫痫：rTMS在癫痫中的应用主要是通过降低运动皮质的兴奋性,抑制痫样放电,用于治疗痫样发作性疾病。实验研究方面,有人将小鼠诱发癫痫之后分成两组,4只作为对照组,另4只作为实验组,在海马处施予频率为1 Hz、脉冲波宽为0.1 ms及持续时间为15 min的低频rTMS,之后再施予高频刺激诱发癫痫发作。发现低频rTMS对癫痫有明显的抑制作用,时程长达3个月,这为临床上应用rTMS治疗难治性癫痫奠定了基础。Tergau等用rTMS治疗9例频发、难治性癫痫,采用阈强度、频率为0-3 Hz、每天1000次、连续5d的磁刺激,结果发现其发作频率明显减少,并维持数周。
(3)神经功能康复领域：近年来,神经功能康复进展较快,主要涉及脑卒中后遗症的治疗。
(4)抑郁症:由于TMS可以在多种生理和心理效应中调节皮质兴奋性与可塑性。因此,有人将TMS应用于精神类疾患中,目前主要应用于抑郁症。对rTMS治疗抑郁症的确切机制目前尚不清楚,目前实验研究证实这可能与脑血流和脑代谢的改变、脑内单胺类递质水平改变有相关。抑郁症患者存在左额叶的局部低血流灌注,经rTMS治疗后,患者左额叶的局部低血流灌注现象得到改善。单光子断层成像(SPECT)研究表明,前额叶经颅磁刺激后附近皮质活动增加,而远处前扣带回和颞极前部的活动减少。
(5)大脑皮质研究:这是TMS研究中最为成熟的领域,包括中枢运动神经传导的测量、运动皮质兴奋性的评价、皮质映射和皮质可塑性的研究。脑卒中患者、脑外伤和脊髓损伤者常伴有运动神经缺陷,通过TMS方法测量中枢运动传导时间和运动诱发电位可以直接评价锥体束损伤程度,进而判断预后,补充CT和MRI解剖证据的不足。脑的可塑性是神经科学领域最具挑战性的课题之一,TMS可能有助于阐明这一过程。使用线圈间隔连续刺激头皮不同位置的运动皮质,在相应肌肉上用表面电极记录MEP,以MEP幅度-头皮位置的函数关系建立一个映射图,这样可以反映投射到肌肉的运动神经元最集中且潜伏期较短的位置。
(6)其他:TMS还可以用于研究其他中枢和外周神经系统的疾病,例如肌萎缩侧索硬化、多发性硬化、痉挛性截瘫、神经根病、海绵性肌病、慢性疼痛、神经丛病和外周神经病,具有不同程度的临床意义。
因此，TMS在临床上应用越来越广泛，其无创评估的方法尤其适合于减少患者创伤，符合神经外科微创治疗的发展趋势。
作者：首都医科大学功能神经外科硕士小白医生
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