英国伦敦大学发表在Brain Stimulation（IF 7.6）的研究揭示了听觉与躯体感觉对TEP波形的影响。联合应用经颅磁刺激（TMS）和脑电图（EEG）进行健康和疾病状态下的大脑皮层功能评估越来越普遍。然而，关于听觉和躯体感觉刺激对TMS诱发电位（TEP）的贡献程度仍存在一定的模糊性。本研究通过不同类型的刺激（TMS、伪刺激、噪声掩蔽、头皮电刺激）来探讨听觉和体感刺激对TMS诱发电位（TEP）波形的影响，特别是听觉刺激对TEP波形的干扰及如何通过噪声掩蔽来减少这种干扰。一、引言每次TMS脉冲释放时都会产生明显的“咔哒”声音，从而通过空气和骨传导引发听觉诱发电位（AEP）。此外，TMS还会在头皮上产生咔哒感，这可能至少在理论上会诱发躯体感觉诱发电位（SEP）。因此有人认为，TEP主要是由TMS中附带的听觉和躯体感觉刺激引起的。在这项研究中，比较了具有不同躯体感觉和听觉成分贡献的条件下的TEP：真实TMS刺激在有无噪音掩蔽的条件下、纯听觉刺激在有无噪音掩蔽的条件下、头皮电刺激和伪刺激条件，探讨这些混杂因素对刺激初级运动皮层（M1）时诱发的TEP波形的贡献。二、方法本研究采集了19名被试在不同刺激条件下的脑电数据。实验共记录了7个区块的EEG数据，每个区块由120个试次组成。实验使用了标准的八字形TMS线圈（figure of eight coil），进行刺激。刺激强度设定为90%的静息运动阈值。7个EEG区块的刺激条件如下（图1）：1. block 1：使用标准线圈，放置在一个5厘米厚的纸板圆柱上，直接刺激头皮，但没有噪声掩蔽（TMS-AEP NOT MASKED）。这一条件与block 2的反应相似，因此未用于统计比较。2. block 2：使用伪刺激线圈，放置在纸板圆柱上，直接刺激头皮，没有噪声掩蔽（AEP NOT MASKED）。3. block 3：使用伪刺激线圈，放置在纸板圆柱上，直接刺激头皮，使用噪声掩蔽（AEP MASKED）。4. block 4：使用伪刺激线圈，直接放置在脑电帽上，使用噪声掩蔽（SHAM）。5. block 5：使用标准线圈，直接放置在脑电帽上，使用噪声掩蔽（TEP MASKED）。6. block 6：使用标准线圈，直接放置在脑电帽上，没有噪声掩蔽（TEP NOT MASKED）。7. block 7：进行头皮电刺激（ES）。研究中，电刺激阳极放置在C1、C3、CP1、CP3位置中间；阴极放置在Cz、FCz、C1、FC1位置中间。将电刺激电极放置在EEG帽下方，并尽可能接近EEG记录电极的位置，从而减少电刺激带来的伪迹。强度设定为与TMS引起的躯体感觉刺激强度相似。本研究的脑电采用兼容TMS 的actiCHamp 放大器和主动电极actiCap（德国Brain Procusts品牌，国内由瀚翔脑科学总代理）进行记录。采样率设置为5000Hz。在围绕刺激区域的电极簇（如C1、C3、CP1、CP3）上对TEP进行了平均，以便以识别文献中描述的最常见的波峰（如N15、P30、N45、P60、N100、P200），并对刺激位置的信号进行定性描述（见图3的第一列）。接下来计算了全局平均场强度（GMFP），并对各个被试的数据进行了平均。根据GMFP波形，研究者选择了三个时间兴趣区（time regions of interest , ToI）进行后续分析（早期：15-65 ms；中期：65-120 ms；晚期：120-270 ms）。
图1：被试按随机顺序进行7个TMS-EEG同步记录block
三、结果TMS脉冲诱发了TEP波形（图2）。当只有听觉刺激（TMS咔哒声）时，中期和晚期的诱发活动（ToI）明显可见（第1个和第2个block，分别对应图2的A和B行）。当TMS咔哒声被掩蔽时（block 3和block 4，图2的C和D行），或者仅进行电刺激时，TEP波形的幅度较小。当使用标准线圈进行刺激时，出现了不同的模式，即在早期ToI中观察到了TEP，且仅在没有噪声遮蔽的情况下，后期ToI中的顶点电位才出现（第5和第6个block，分别为E和F行）。
图2：不同条件诱发的TEP波形
1、AEP NOT MASKED vs AEP MASKED 在比较未掩蔽AEP和掩蔽AEP条件（block 2和block 3；见图3的A行）时，早期没有发现显著的EEG团块（cluster）。中期在中央电极上发现了一个显著的正向团块，在外围电极上则出现了一个负向团块。晚期观察到中央区出现了负向团块，而在外围电极上则出现了正向团块（见表1，第一行）。这些结果表明，由TMS咔哒声引起的AEP（听觉诱发电位）在EEG信号中表现为明显的负峰（约100 ms）和正峰（约200 ms），并且这些波形主要分布在顶区域。并且这些AEP成分可以通过噪音掩蔽有效地被抑制。
表1：不同条件间的对比统计
2、SHAM vs AEP MASKED在SHAM和AEP MASKED条件的比较中（分别对应block 4和block 3；见图3的B行），没有发现显著的脑电反应团块。这表明在这两种条件下，都成功地通过掩蔽噪音来抑制了AEP（听觉诱发电位）。
3、TEP MASKED vs AEP NOT MASKED
掩蔽TMS诱发条件（block 5）和未掩蔽AEP条件（block 3）诱发的脑电反应不同（见图3的C行）。在早期，在左侧中央区域发现了一个显著的正向团块，这与TMS刺激的部位相对应，同时在右前额区域发现了显著的负向团块。这表明TMS在刺激部位引起了早期皮层激活，而这种激活在仅进行听觉刺激时并未出现。晚期在顶区出现了一个显著的负向团块，而在外围电极上则出现了显著的正向团块，这表明顶区的正成分是由听觉刺激引发的（见表2，第三行）。这表明标准TMS刺激引发的早期TEP成分比听觉刺激引发的更为显著，而听觉刺激引发的晚期顶正成分在进行噪音掩蔽的标准TMS刺激时并没有出现。
4、TEP MASKED vs ES
在比较噪音掩蔽的TMS诱发电位和ES电刺激诱发电位条件时（block 5和7；见图3的E行），在早期时间窗口，发现了一个显著的正向团块，位于左中央区域（即刺激位置），并且在右侧前额区发现了一个显著的负向团块。在中期时间窗，在刺激位置附近发现了一个显著的负向团块，而在右半球后侧外周则出现了一个显著的正向团块。这表明，与电刺激不同，TMS不仅在刺激后早期就能激活刺激部位的皮层，还能在大约100 ms时激活该区域。而这种激活与由听觉刺激引发的负向波（约100 ms）不同，后者出现在顶区（见图3的A行）。
5、SHAM vs ES
在早期，比较伪刺激和电刺激条件（block 4和7；见图3的F行），发现了一个弱显著的正向团块，位于后中央偏左的电极上，反映了在ES条件下出现的后负向波。在晚期，发现了一个弱显著的负向团块，位于顶区，表明在电刺激条件下产生了一个小的正向成分。
图3：不同条件间对比的波形图与地形图
6、TEP MASKED vs BASELINE在噪音掩蔽的TMS诱发电位条件与基线活动时（见图4）发现：早期在左侧中央区（刺激位置）出现了一个显著的正向团块，同时在右侧前额区出现了一个显著的负向团块。中期在刺激位置附近出现了一个显著的负向团块，同时在右半球的后周边区域出现了一个显著的正向团块。晚期在左侧中央-后部电极上出现了显著的负向团块，在右半球的中央-前部电极上出现了显著的正向团块（见表2）。总体来说，在所有的时间窗中都观察到了显著且偏侧化的活动，表明TMS引起的直接大脑激活在整个时间窗口内持续存在。
图4：TEP屏蔽条件与基线的对比
四、讨论1、听觉刺激对TEP的贡献标准线圈诱发了较大的早期反应，尤其是P30峰值；相比之下，纯听觉刺激诱发了非常小幅度的早期反应，但在顶区产生了显著的N100和P200成分。N100在没有噪音遮蔽时较大，并位于中线中央区；只有在没有噪音遮蔽时，才观察到中央的P200成分。当前数据表明存在两个不同的负峰，分别在约100毫秒时，这两个波峰可能涉及不同的机制。第一个负峰靠近刺激位置，可能反映了TMS对大脑皮层的直接激活；第二个负峰则具有更广泛的分布，主要集中在顶区，并且随后伴随着具有相同分布的P200成分。根据以往文献，刺激位置处发现的N100很可能反映了TMS对大脑皮层的直接激活，而中央区域的N100和P200则代表了与显著性相关的多模态反应（saliency related multimodal responses, SRMR），这些反应是非特异性的，可能与外部刺激后的唤醒和/或注意力重新定向相关。2、头皮电刺激对TEP的贡献单独的头皮电刺激相比其他使用标准TMS的实验组产生了非常小的反应（图2）。与伪刺激相比，早期窗口（约40 ms）在后脑电极处观察到显著的负电位。第二个较弱的电位出现在中央区附近的约200 ms时，表现为正电位，这可以解释为与多模态刺激相关的唤醒相关反应（SRMR）。可以认为，约180-200 ms时在顶点周围出现的正波代表了由外周输入引起的SRMR。需要特别注意的是，头皮电刺激后并未在刺激部位观察到EEG反应。这是预期中的结果，因为使用电刺激获得直接皮层反应所需的强度远高于本研究中使用的强度[35]。我们也没有获得体感诱发电位（SEP），这使得观察到的电位不太可能是由初级体感皮层的活动引起的。五、总结总之，本研究结果表明，当TMS以略低于运动阈值的强度施加于M1时，若采取了适当的方式来最小化间接的皮层激活（如噪音掩蔽和泡沫层隔离），可以获得真正的皮层EEG反应，这些反应具有偏侧化、特异性，并且持续约300 ms。
