经颅磁的学习笔记之（一）：经颅磁刺激基本原理

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关键词：经颅磁、学习笔记、神经调控

经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation，简称TMS）利用磁场，对大脑皮层或外周神经进行一种非侵入式的，无疼痛的刺激，从而检测或调节改善大脑功能。在临床上，经颅磁刺激经常用来诊断和治疗中枢神经系统疾病以及精神疾病，是一种热门的神经调控技术。

【经颅磁刺激的物理学原理】

经颅磁技术是在高压大容量的电容上充电，再通过晶闸管触发开关放电，在很短的时间内，刺激线圈就会通过数千安培的电流，基于法拉第电磁感应定律，在线圈周围会产生一个1-5T的脉冲磁场。由于磁场在通过颅骨，头皮等高阻抗组织的时候，其强度不会衰减，因此，不会影响大脑皮质中产生的反向感应电流。反向感应电流的产生，改变了细胞的膜电位，当感应电流强度超过神经组织的兴奋阈值时，就会引起局部的大脑神经细胞产生去极化，引起兴奋性的动作电位，从而诱发一系列的生理变化。

经颅磁的基础电路原理图

【经颅磁刺激的神经生理学原理】

大脑内存在着非常复杂的神经网络，神经元细胞就是其中最基本的结构和功能单位。神经元细胞在未接收到刺激时，细胞膜内外两侧的电位差我们称之为静息电位，静息电位是一个内负外正的状态。当神经元细胞接收到一个小强度的刺激时，细胞膜上的钠离子通道部分开放，膜外的钠离子内流发生去极化现象，或者细胞膜上的氯离子通道部分开放，使膜内的氯离子外流发生超极化现象，基于此产生的电位变化，我们称之为局部电位。局部电位的大小与刺激强度和刺激时间有关，当局部电位达到神经元细胞的阈电位水平时，就可以理解为在静息电位的基础上发生的快速、可逆、可传播的细胞膜两侧的电位波动，我们称之为动作电位。动作电位就是神经元兴奋和活动的标志。神经元细胞会将动作电位的电信号传递到突触前膜，前膜释放化学分子再与突触后膜的受体结合，从而实现神经元之间膜电位信号的传递。

神经元细胞的静息电位与动作电位

神经元细胞

神经系统的可塑性，也是经颅磁实现调控作用的一个基础。神经可塑性，是指为主动适应和反映内外环境的各种变化，神经系统在活动中能发生结构和功能的改变，并维持一段时间的特点。由于神经元之间信息传递，处理，存储，提取都需要突触，因此神经可塑性中最基本，最重要的就是突触的可塑性。在突触的可塑性中，有两个重要的类型：长时程增强（LTP：由于突触连续高频活动而产生的可以延续数小时，甚至数日以上的突触强度的增强）和长时程抑制（LTD：由于突触低频连续活动而产生的持续的该突出强度的抑制）。研究发现，磁刺激的刺激强度，刺激频率和刺激模式都可以影响突触的LTP和LTD。

高频与低频

如上文所说，经颅磁是利用脉冲磁场来对大脑进行刺激的，因此，脉冲的频率是刺激治疗过程中的重要参数，这里简单的介绍一下：我们将频率为1Hz（含1Hz）以下的称为低频经颅磁，将频率高于1Hz的称为高频经颅磁。一般情况下，高于5Hz的经颅磁刺激会诱发LTP，低频率的经颅磁刺激会诱发LTD。

突触

【抑郁症例子浅述】

我们的大脑分为左半球和右半球，左右半球都有一个脑区被称作背外侧前额叶（DLPFC），健康成人左右两侧背外侧前额叶的功能是相互平衡的，然而研究发现抑郁症患者的左右两侧背外侧前额叶功能是不平衡的，左侧DLPFC功能异常减弱，右侧DLPFC功能异常增强。在这种情况下，就可以有两种经颅磁的治疗方案进行选择：对左侧DLPFC进行10Hz的高频刺激，实现兴奋的脑区调控功能；或对右侧DLPFC进行1Hz的低频刺激，实现抑制的脑区调控功能。目前10Hz高频的抑郁症治疗方案因为其疗效明确，效果优于低频刺激，已经广受各大指南推荐。1Hz低频的治疗方案，因为其安全系数更高，更适用于癫痫发作风险高的患者，也在临床上被广泛使用。这两种治疗方案，同时在2017年被美国精神病协会推荐为临床应用方案，详情如图所示：

背外侧前额叶

经颅磁刺激正是这样，通过对刺激频率，刺激强度和刺激模式的调节改变，从而实现对不同脑区功能的兴奋和抑制的调控作用。

【个人经验浅谈】

目前，经颅磁刺激越来越朝着精准化，多模态的方向发展了，将经颅磁刺激与其他临床治疗方式结合起来，可以更加客观有效地诊断、治疗病人。如何理解经颅磁的治疗参数？不同疾病的治疗协议如何？经颅磁如何与其他技术进行多模态整合？想要了解更多关于经颅磁技术的应用与发展，可以关注我们的“经颅磁的学习笔记”系列推文，后续我们会不断更新，帮助大家更好地了解经颅磁技术。

参考文献

1. 窦祖林. (2012). 经颅磁刺激技术基础与临床应用. 人民卫生出版社.
2. George, M. S., Lisanby, S. H., Avery, D., Mcdonald, W. M., Durkalski, V., & Pavlicova, M., et al. (2010). Daily left prefrontal transcranial magnetic stimulation therapy for major depressive disorder: a sham-controlled randomized trialmagnetic stimulation for major depressive disorder. Arch Gen Psychiatry(5), 507-516.
3. Mcclintock, S. M., Reti, I. M., Carpenter, L. L., Mcdonald, W. M., & Lisanby, S. H.. (2017). Consensus recommendations for the clinical application of repetitive transcranial magnetic stimulation (rtms) in the treatment of depression. Journal of Clinical Psychiatry, 79(1).

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