英國倫敦大學發表在Brain Stimulation（IF 7.6）的研究揭示了聽覺與軀體感覺對TEP波形的影響。聯合應用經顱磁刺激（TMS）和腦電圖（EEG）進行健康和疾病狀態下的大腦皮層功能評估越來越普遍。然而，關于聽覺和軀體感覺刺激對TMS誘發電位（TEP）的貢獻程度仍存在一定的模糊性。本研究通過不同類型的刺激（TMS、偽刺激、噪聲掩蔽、頭皮電刺激）來探討聽覺和體感刺激對TMS誘發電位（TEP）波形的影響，特別是聽覺刺激對TEP波形的干擾及如何通過噪聲掩蔽來減少這種干擾。
一、引言
每次TMS脈沖釋放時都會產生明顯的“咔噠”聲音，從而通過空氣和骨傳導引發聽覺誘發電位（AEP）。此外，TMS還會在頭皮上產生咔噠感，這可能至少在理論上會誘發軀體感覺誘發電位（SEP）。因此有人認為，TEP主要是由TMS中附帶的聽覺和軀體感覺刺激引起的。在這項研究中，比較了具有不同軀體感覺和聽覺成分貢獻的條件下的TEP：真實TMS刺激在有無噪音掩蔽的條件下、純聽覺刺激在有無噪音掩蔽的條件下、頭皮電刺激和偽刺激條件，探討這些混雜因素對刺激初級運動皮層（M1）時誘發的TEP波形的貢獻。
二、方法
本研究采集了19名被試在不同刺激條件下的腦電數據。實驗共記錄了7個區塊的EEG數據，每個區塊由120個試次組成。實驗使用了標準的八字形TMS線圈（figure of eight coil），進行刺激。刺激強度設定為90%的靜息運動閾值。
7個EEG區塊的刺激條件如下（圖1）：
1. block 1：使用標準線圈，放置在一個5厘米厚的紙板圓柱上，直接刺激頭皮，但沒有噪聲掩蔽（TMS-AEP NOT MASKED）。這一條件與block 2的反應相似，因此未用于統計比較。
2. block 2：使用偽刺激線圈，放置在紙板圓柱上，直接刺激頭皮，沒有噪聲掩蔽（AEP NOT MASKED）。
3. block 3：使用偽刺激線圈，放置在紙板圓柱上，直接刺激頭皮，使用噪聲掩蔽（AEP MASKED）。
4. block 4：使用偽刺激線圈，直接放置在腦電帽上，使用噪聲掩蔽（SHAM）。
5. block 5：使用標準線圈，直接放置在腦電帽上，使用噪聲掩蔽（TEP MASKED）。
6. block 6：使用標準線圈，直接放置在腦電帽上，沒有噪聲掩蔽（TEP NOT MASKED）。
7. block 7：進行頭皮電刺激（ES）。
研究中，電刺激陽極放置在C1、C3、CP1、CP3位置中間；陰極放置在Cz、FCz、C1、FC1位置中間。將電刺激電極放置在EEG帽下方，并盡可能接近EEG記錄電極的位置，從而減少電刺激帶來的偽跡。強度設定為與TMS引起的軀體感覺刺激強度相似。
本研究的腦電采用兼容TMS 的actiCHamp 放大器和主動電極actiCap（德國Brain Procusts品牌，國內由瀚翔腦科學總代理）進行記錄。采樣率設置為5000Hz。
在圍繞刺激區域的電極簇（如C1、C3、CP1、CP3）上對TEP進行了平均，以便以識別文獻中描述的最常見的波峰（如N15、P30、N45、P60、N100、P200），并對刺激位置的信號進行定性描述（見圖3的第一列）。接下來計算了全局平均場強度（GMFP），并對各個被試的數據進行了平均。根據GMFP波形，研究者選擇了三個時間興趣區（time regions of interest , ToI）進行后續分析（早期：15-65 ms；中期：65-120 ms；晚期：120-270 ms）。
圖1：被試按隨機順序進行7個TMS-EEG同步記錄block
三、結果
TMS脈沖誘發了TEP波形（圖2）。當只有聽覺刺激（TMS咔噠聲）時，中期和晚期的誘發活動（ToI）明顯可見（第1個和第2個block，分別對應圖2的A和B行）。當TMS咔噠聲被掩蔽時（block 3和block 4，圖2的C和D行），或者僅進行電刺激時，TEP波形的幅度較小。當使用標準線圈進行刺激時，出現了不同的模式，即在早期ToI中觀察到了TEP，且僅在沒有噪聲遮蔽的情況下，后期ToI中的頂點電位才出現（第5和第6個block，分別為E和F行）。
圖2：不同條件誘發的TEP波形
1、AEP NOT MASKED vs AEP MASKED
在比較未掩蔽AEP和掩蔽AEP條件（block 2和block 3；見圖3的A行）時，早期沒有發現顯著的EEG團塊（cluster）。中期在中央電極上發現了一個顯著的正向團塊，在外圍電極上則出現了一個負向團塊。晚期觀察到中央區出現了負向團塊，而在外圍電極上則出現了正向團塊（見表1，第一行）。這些結果表明，由TMS咔噠聲引起的AEP（聽覺誘發電位）在EEG信號中表現為明顯的負峰（約100 ms）和正峰（約200 ms），并且這些波形主要分布在頂區域。并且這些AEP成分可以通過噪音掩蔽有效地被抑制。
表1：不同條件間的對比統計
2、SHAM vs AEP MASKED
在SHAM和AEP MASKED條件的比較中（分別對應block 4和block 3；見圖3的B行），沒有發現顯著的腦電反應團塊。這表明在這兩種條件下，都成功地通過掩蔽噪音來抑制了AEP（聽覺誘發電位）。
3、TEP MASKED vs AEP NOT MASKED
掩蔽TMS誘發條件（block 5）和未掩蔽AEP條件（block 3）誘發的腦電反應不同（見圖3的C行）。在早期，在左側中央區域發現了一個顯著的正向團塊，這與TMS刺激的部位相對應，同時在右前額區域發現了顯著的負向團塊。這表明TMS在刺激部位引起了早期皮層激活，而這種激活在僅進行聽覺刺激時并未出現。晚期在頂區出現了一個顯著的負向團塊，而在外圍電極上則出現了顯著的正向團塊，這表明頂區的正成分是由聽覺刺激引發的（見表2，第三行）。這表明標準TMS刺激引發的早期TEP成分比聽覺刺激引發的更為顯著，而聽覺刺激引發的晚期頂正成分在進行噪音掩蔽的標準TMS刺激時并沒有出現。
4、TEP MASKED vs ES
在比較噪音掩蔽的TMS誘發電位和ES電刺激誘發電位條件時（block 5和7；見圖3的E行），在早期時間窗口，發現了一個顯著的正向團塊，位于左中央區域（即刺激位置），并且在右側前額區發現了一個顯著的負向團塊。在中期時間窗，在刺激位置附近發現了一個顯著的負向團塊，而在右半球后側外周則出現了一個顯著的正向團塊。這表明，與電刺激不同，TMS不僅在刺激后早期就能激活刺激部位的皮層，還能在大約100 ms時激活該區域。而這種激活與由聽覺刺激引發的負向波（約100 ms）不同，后者出現在頂區（見圖3的A行）。
5、SHAM vs ES
在早期，比較偽刺激和電刺激條件（block 4和7；見圖3的F行），發現了一個弱顯著的正向團塊，位于后中央偏左的電極上，反映了在ES條件下出現的后負向波。在晚期，發現了一個弱顯著的負向團塊，位于頂區，表明在電刺激條件下產生了一個小的正向成分。
圖3：不同條件間對比的波形圖與地形圖
6、TEP MASKED vs BASELINE
在噪音掩蔽的TMS誘發電位條件與基線活動時（見圖4）發現：早期在左側中央區（刺激位置）出現了一個顯著的正向團塊，同時在右側前額區出現了一個顯著的負向團塊。中期在刺激位置附近出現了一個顯著的負向團塊，同時在右半球的后周邊區域出現了一個顯著的正向團塊。晚期在左側中央-后部電極上出現了顯著的負向團塊，在右半球的中央-前部電極上出現了顯著的正向團塊（見表2）。總體來說，在所有的時間窗中都觀察到了顯著且偏側化的活動，表明TMS引起的直接大腦激活在整個時間窗口內持續存在。
圖4：TEP屏蔽條件與基線的對比
四、討論
1、聽覺刺激對TEP的貢獻
標準線圈誘發了較大的早期反應，尤其是P30峰值；相比之下，純聽覺刺激誘發了非常小幅度的早期反應，但在頂區產生了顯著的N100和P200成分。N100在沒有噪音遮蔽時較大，并位于中線中央區；只有在沒有噪音遮蔽時，才觀察到中央的P200成分。當前數據表明存在兩個不同的負峰，分別在約100毫秒時，這兩個波峰可能涉及不同的機制。第一個負峰靠近刺激位置，可能反映了TMS對大腦皮層的直接激活；第二個負峰則具有更廣泛的分布，主要集中在頂區，并且隨后伴隨著具有相同分布的P200成分。根據以往文獻，刺激位置處發現的N100很可能反映了TMS對大腦皮層的直接激活，而中央區域的N100和P200則代表了與顯著性相關的多模態反應（saliency related multimodal responses, SRMR），這些反應是非特異性的，可能與外部刺激后的喚醒和/或注意力重新定向相關。
2、頭皮電刺激對TEP的貢獻
單獨的頭皮電刺激相比其他使用標準TMS的實驗組產生了非常小的反應（圖2）。與偽刺激相比，早期窗口（約40 ms）在后腦電極處觀察到顯著的負電位。第二個較弱的電位出現在中央區附近的約200 ms時，表現為正電位，這可以解釋為與多模態刺激相關的喚醒相關反應（SRMR）。可以認為，約180-200 ms時在頂點周圍出現的正波代表了由外周輸入引起的SRMR。
需要特別注意的是，頭皮電刺激后并未在刺激部位觀察到EEG反應。這是預期中的結果，因為使用電刺激獲得直接皮層反應所需的強度遠高于本研究中使用的強度[35]。我們也沒有獲得體感誘發電位（SEP），這使得觀察到的電位不太可能是由初級體感皮層的活動引起的。
五、總結
總之，本研究結果表明，當TMS以略低于運動閾值的強度施加于M1時，若采取了適當的方式來最小化間接的皮層激活（如噪音掩蔽和泡沫層隔離），可以獲得真正的皮層EEG反應，這些反應具有偏側化、特異性，并且持續約300 ms。
