经颅磁场刺激综述

经颅磁场刺激综述
廖家华广东三九脑科医院 前言 大脑是人类智慧的源泉。脑科学是自然科学中最神秘的殿堂。大脑是接受外界信号、产生感觉、 形成意识、进行思维、发出指令、产生行为的指挥部，它掌管着人们的语言、思维、感觉、情绪、 运动等高级活动。大脑以神经网络模式精巧完善的处理信息。１９９７年，人脑计划在美国启动，２００１ 年，中国正式成为参与人脑计划的第２０个国家。人脑计划和脑科学不仅是了解大脑的解剖结构，更 重要的是要了解大脑功能。达到的目的事认识脑、保护脑和创造脑。 近年来，神经功能成像技术的应用在飞速发展。脑科学研究领域出现了四大技术。１是正电子 发射断层扫描ＰＥＴ技术，用放射性原子对氧或葡萄糖进行标记注入人体，通过血液进入大脑，大脑 活动要消耗能量，氧或葡萄藉聚集最多的地方就是活动最强的地方，放射性标记物发射的正电子与 颅内电子碰撞湮灭，发射出高能Ｙ射线，能穿透颅骨被ＰＥＴ的传感器接受到，由计算机建立与能量 代谢有关的大脑功能图像。２是功能性磁共振成像技术ｆＭＲＩ，也是显示大脑能量消耗区，氧是由血 红蛋白携带的，氧的含量会影响血红蛋白的磁学特性，而这些特性可以在磁场中检测。在磁场中， 原子核象排在一起微型磁体。当受到射频磁场的轰击推出队列后，这些原子就一边放出射频信号， 一边旋转者回到队列・。射频信号与血红蛋白的含氧量有关，因此能对不同脑区的活动给出非常灵敏
中国康复医学会全国第八届运动疗法、第六届创伤康复学术会议沧文汇编 觉障碍或半侧忽略。他对ＣＩＭＴ治疗的有效性也进行了临床的研究【３“，对６名慢性脑卒中患者随机 分为２组，实验组进行强制性使用治疗训练，即健手使用夹板限制而患手每天进行６小时的强化训 练，对照组则每天进行同样强度的双手的神经发育疗法的训练，经过２周的治疗，２组比较，发现 ＡＲＡ与ＭＡＬ使用数量上有明显差距，而其他评价指标没有明显差异，一年以后随访发现只有ＡＲＡ 评价有差异，而这些差异与患者的感觉障碍或半侧忽略密切相关。该研究者也系统的分析了其他进 行ＣＩＭＴ治疗的文章，认为在研究方法上不够完善，所以作者认为习得性废用的理论还需要进一步 探索，ＣＩＭＴ疗法的有效性还没有进一步确定，但是，没有有效的证据并不意味就有无效的证据。 有学者进行了习得性废用行为学方面的研究Ｉｊ…，主要测试患者在实际环境中患侧上肢的使用情 况．对２１名脑损伤的患者分别进行自然状态下的使用量测试（ｓＡＡｕＴ）和要求患手使用的使用量测 试（馥ＡＵＴ），结果发现，ｆＡＡＵＴ明显高于ｓＡＡＵＴ，提示在脑损伤后，确实存在习得性废用现象， 患者认为他们不能用患手完成的任务，实际上可以做得很好。 由于习得性废用理论起源于对猴子去神经研究，没有运动功能损害而只有感觉功能障碍，有感 觉障碍的应用ＣＩＭＴ疗法的患者其去神经效应还需要进一步研究。在早期的ＣＩＭＴ疗法研究中，患 者没有严重的感觉功能障碍或者没有提供感觉功能障碍方面的信息。如果习得性废用真的存在，应 该是缺乏感觉反馈的结果，所以习得性废用的理论普遍的应用于所有的卒中患者还需要严格的验证。 另外，脑卒中后早期实施的康复形式和强度对习得性废用是否形成也有重要的影响。根据不同的保 险形式，在荷兰脑卒中患者在患病第一个月所得到的综合康复措施较多，其习得性废用的发生率也 许比美国要低得多。影响习得性废用的另一个因素可能是病人的家庭环境，如果患者的配偶或家庭 的其他成员鼓励患者自理生活，会对是否形成习得性废用有关键的影响。目前，还没有一种客观的 方法来评估习得性废用的存在和严重程度。治疗结果评价的选择也有一定困难，因为大多数日常生 活活动可以由一只手完成，一般的残损水平结果的评估有可能不能足够反映出这类治疗的效果。 ＣＩＭＴ疗法起源于动物实验，进而应用到人类脑损伤的康复，并扩大到其他领域的康复，对其 大脑功能重组作用也进行了广泛的研究，同时，对这种疗法有一些不同的观点，说明这种治疗方法 还有很多未解之迷，需要广大康复工作者继续探索。
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中国康复医学会全国第八届运动疗法、第六届刨伤康复学术会议论文汇编 的测量。３是脑磁图ＭＥＧ，生物电伴随着神经细胞的所有活动，同时发出微弱的磁场，神经越活跃磁 场越强，ＭＥＧ利用低温超导的高灵敏度传感器检测磁场来给大脑功能区定位。具有很高的时间分辨率 和空间分辨率。４是经颅磁场刺激ＴＭＳ技术，利用电磁感应原理，颅外的磁场通过颅骨在颅内感应出 电流，无损无痛的刺激大脑局部神经，通过观察刺激的效果来给刺激区功能定位。最重要的是ＴＭＳ 不仅是大脑功能检测定位的诊断设备而且是调节大脑功能的治疗设备。 脑神经刺激是－－ｆｌ专业技术，包括术中大脑电刺激、迷走神经刺激、大脑深部刺激、小脑电刺 激、经颅电刺激和电休克等，这些都要进行麻醉或手术。唯一只有ＴＭＳ能在觉醒状态、无损无痛的 刺激大脑局部、‘直接引发或干扰神经功能。大脑是一个神经网络，各个脑功能区区既有分工又有协 作，ＴＭＳ可以直接研究神经网络功能活动的因果关系。ＴＭＳ主要工作机理为，１由刺激引发清晰的生 理反应如肌肉收缩：２把刺激作为虚拟损伤，干扰大脑正在进行的活动：３双向调节神经的兴奋性，引 起神经内分泌、神经免疫机制的变化发挥长效治疗作用。ＴＭＳ在脑神经功能方面的研究和临床多学 科的应用是一个新的热点，ＴＭＳ将为人类实现对大脑生理活动的人为调控、对大脑疾病的诊断及治 疗提供新的手段。 ＴＭＳ发展史和原理 １７８０年，意大利生物学家Ｇａｌｖａｎｉ发现刺激青蛙的脊髓神经可引起大腿肌肉收缩，创立了生物 电的概念。 １８３１年，英国的化学家Ｆａｒａｄａｙ阐明了电磁感应现象，通电导体周围存在磁场，变化的磁场又 可以使ｌ临近的导体产生感应电流。 １８７４年，美国的Ｂａｒｔｈｏｌｏｗ在脑手术中直接用电刺激大脑运动区引起对侧肢体抽动“１。 １８９６年，法国的生物学家Ａｒｓｏｎｖａｌ自制的线圈可以套在头上，然后接上ｌｌＯＶ的电压，通过 ３０安培的电流，发生了光幻觉现象。现在可以解释为磁场刺激兴奋了视网膜“。。 １９３８年，Ｃｅｒｌｅｔｔｉ首先采用了电休克疗法（ＥＣＴ），６０多年过去了，ＥＣＴ还是治疗抑郁症的重 要手段。然而电休克疗法太痛，需要麻醉，可能损伤大脑记忆。 １９６５年Ｂｉｃｋｆｏｒｄ用４０毫秒的脉冲电流通过线圈证明磁场刺激可以兴奋面神经“。。 １９８０年Ｍｅｒｔｏｎ用高电压经颅刺激大脑皮质，引出运动诱发电位。电刺激经过颅骨和头皮的高 电阻会产生疼痛和灼伤．限制了临床应用。 １９８２年，Ｐｏｌｓｏｎ制作磁场刺激器可以可以兴奋外周神经，首次记录到肌肉收缩的诱发电位…。 １９８６年，英国Ｓｈｅｆ ｆｉｅｌｄ大学的Ｂａｒｋｅｒ成功的研制出第一台经颅磁场刺激器可以在颅外直接 刺激运动皮质引发身体对侧手的运动”１。从此翻开了经颅磁刺激的历史篇章。 １９８７年，英国ＭＡＧＮＥＴＩＣ生产了第一台磁场刺激器，并获得了生产许可证。早期的磁场刺激器 为单脉冲式．由手动开关控制刺激输出，是一种非连续、非节律性的刺激。磁场刺激线圈为圆形， 主要用于运动诱发电位和中枢运动神经传导时间的电生理研究和临床应用。 １９８８年，美国Ｃａｄｗｅｌｌ实验室首次试验成功重复经颅磁场刺激器（ｒＴＭＥ）。使磁场刺激的作用更 深更强更持久。 １９９２年美国Ｃａｄｗｅｌｌ公司向市场推出重复经颅磁刺激器（ｒＴＭＳ），实现了连续性、持续性的刺 激，现在最高频率可达到ｌＯＯＨｚ。 ＴＭＳ的原理是在一组高压大容量的电容上充电，用电子开关向磁场刺激线圈放电，在０．２毫秒 内流过数千安培的脉冲电流，瞬时功率达到几十兆瓦，线圈产生的脉冲磁场峰值可达ｌ－－２Ｔ，（特斯 拉，相当于１．５Ｔ ＭＲＩ的恒定磁场，地球磁场的４万倍）强大的瞬变磁场可毫无损耗的穿过颅骨，根 据电磁感应原理，在线圈下颅内大脑皮质会产生反向感应电流。刺激局部大脑神经细胞去极化引起， 兴奋和抑制，产生的一系列生理生化反应。 目前ＴＭＳ共有三种主要的刺激模式：单脉冲ＴＭＳ（ｓＴＭＳ）、双脉冲ＴＭＳ（ｐＴＭｓ），以及重复性 ＴＭＳ（ｒＴＭＳ）。ｓＴＭＥ由手动控制脉冲输出，也可以触发多个刺激，刺激间隔较长，节律较差，只需要一 个刺激器。多用于常规电生理检查。ｐＴＭＳ可以在同一个刺激部位连续给予两个不同强度的刺激，或者 在两个不同的部位同时或分别给予刺激，需要两个刺激器联合使用（又称作ｄｏｕｂｌｅ ｃｏｉｌ ＴＭＳ，ｄＴＭＳ） 多用于研究神经的兴奋性、易化和抑制作用。ｒＴＭＥ以ｌｌｔｚ为标准，分为高频和低频ｒＴＭＳ。需要特殊 的设备在同一个刺激部位给出慢节律低频（低于１Ｈｚ）ｒＴＭＳ或快节律高频（高于１Ｈｚ）ｒＴＭＳ。慢刺激
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中国康复医学会全国第八届运动疗法、第六届创伤康复学术会议论文汇编 模式引起皮层的抑制，快刺激模式则引起兴奋。广泛应用于科研和治疗。 为了提高磁场刺激的聚焦精度和深度，出现了８字形、蝴蝶形线圈、Ｈ一线圈、多导线圈和全头 形线圈。最常用的是圆形和８字形线圈，圆形线圈穿透较深、刺激面积大，刺激效应不局限。８字形 的线圈空间聚焦性较好。刺激运动皮层的空间分辨率可以达到ｏ．５－ｉ厘米，它的穿透性较弱，只能达 到脑内３厘米的深度”。。 计算机技术、三维立体成像定位技术、正电子发射断层扫描（ＰＥＴ）功能性磁共振（ｆＭＲＩ）和多导脑 电图与ＴＭＳ互相结合和融合，ＴＭ５刺激大脑的过程和结果在这些设备上显示，可以发现很多ＴＭＳ作 用原理和效果。使ＴＭＳ成为唯一无痛无损刺激大脑，具有确定大脑活动和行为之间因果关系的大脑 功能定位的一种方法。ＴＭＳ操作方便，安全无损，重复性好，同时具有诊断和治疗价值，ＴＭｓ众多的 独特的优越性提高了ＴＭＳ的应用深度和广度。近年来ＴＭ５的研究论文成指数上升，新发现、新成果 不断涌现。用经颅磁刺激（ｔｒａｎｓｃｒａｎｌｉａ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）作为主题词搜索，ｇｏｏｇｌｅ的搜 索引擎上查找有１７００００个相关网页。不少发达国家专门成立了ＴＭＳ实验室和专科门诊。ＴＭＳ已经广 泛用于对大脑功能的基础研究、大脑功能定位和成像、神经精神疾病的临床诊断、预后、治疗和跟 踪。ＴＭＳ作为一种新技术，新工具引起了神经科、精神科、康复科、ｄ＇ＪＤ科以及基础医学科研人员 的极大兴趣。 Ｔ幅的安全性 经颅磁场刺激（ＴＭＳ）的本质是一种不用电极、非接触性的电刺激．是磁场经颅感应的电刺激。 电休克的副作用给人们留下恐惧的阴影。ＴＭＳ利用上千伏的高压电容储能，近万安培的脉冲电流在 瞬间输出功率达到１０兆瓦以上，强大的脉冲电流在刺激线圈中产生的磁场，对人体大脑产生的效果 不是普通的磁疗概念，ＴＭＳ对人产生实实在在的声响、抽动和震撼。强烈的磁刺激效应起人们的紧 张和疑虑．ＴＭＳ是否对大脑有损伤和副作用？是否会失去记忆？是否会诱发癫痫？是否会引起颅内 出血？在ＴＭＳ技术刚刚出现，几乎所有的人都有这种担心和害怕。在１９９０年，就连重复经颅磁刺激 器制造者Ｃａｎｄｗｅｌｌ也担心自己在试验中刺出癫痫或使自己１２年从医生涯从此告吹。因为确实有人 用连续重复高频磁刺激引发了痫。 其实ＴＭＳ强大磁场随距离的增加呈指数衰减，只在大脑局部产生约十万分之一的感应电流，一 般小于５０毫安，作用时间小于０．５毫秒，能量小于０．２５毫焦耳，只有电休克治疗量的百万分之一、 大脑基础代谢能量的千分之一“３。 ＴＭＳ从１９８５年诞生近２０年以来，上百万人接受过ＴＭＳ，从事磁刺激的研究人员自己也接受过 上万次刺激而未出现负作用。共有７例癫痫被ＴＭＳ引发但有自限性的报道，机率小于万分之一。频 率小于ＩＨｚ的ＴＭＳ没有引发癫痫的报道。Ｓｅｈｕｌｚｅ对２１个难治性癫痫在外科手术前在癫痫病灶处植 人监护性硬膜外电极或深部电极，在减少抗痫药物的情况下，用各种频率，在大脑运动区和拟为癫 痫病灶区作１２０—１５０％的运动阈刺激以及最大输出量刺激，均未引出癫痫发作”。。＿些大宗正式的 研究中，对大量确诊为癫痫的病人进行磁刺激，也未见诱发临床发作和脑电图上发作的迹象，相反 发现对癫痫发作有治疗效果，可使癫痫发作的频度和强度减少。Ｇａｔｅｓ等人在癫痫病人外科手术中 切除的颞叶的组织中进行了２０００多次的磁场刺激，组织学检查也未发现任何异常”１。Ｎａｈａｓ对３０名 抑郁症的病人经过２周的ｒＴＭＳ治疗后复查腮Ｉ未发现任何影像学改变“…。他还报道孕妇患有抑郁