TMS 简介： 历史 ： 　　Michael Faraday （ 1831 ）提出电磁共生的理论（ electromagnetic induction ）， d'Arsonval （ 1896 ）利用该原理，直接刺激视网膜，发现会产生光幻视（ phosphenes ）的生理效果。 Barker 等人（ 1974 ）开始研究用短期磁脉冲刺激周边神 经，并且希望将此发展成临床上可用的磁刺激器（ magnetic stimulator ），以记录肌 肉动作电位（ muscle action potentials ）。相较於过去临床上使用的电刺激，磁刺激 是一种无痛、非侵入性且较为舒服的工具。於是 Polson 等人（ 1982 ）就利用磁刺激器 （ magnetic stimulator ），刺激周边神经，并且记录到 muscle evoked potential (MEP) 。 Barker 等人（ 1985 ）更进一步的改良磁刺激器的设计，使得能量的转换效率 由 20 ％增加至 80 ％，并且在不须将大脑打开的情况下，利用磁刺激刺激人类的运动皮 质，也因此迅速展开 TMS 的研究。 磁刺激原理（ Principles of Magnetic Stimulation ） ： 　　由於大脑中的神经传导是需要电流的改变，穿颅磁刺激（ transcranial magnetic stimulation, TMS ）就藉助这个特性，以一种非侵入性、无痛且安全的方式，利用金属 线圈，直接对脑中特定区域发出强力但短暂的磁性脉冲，在人脑的神经线路上引发微量的 电流。当电流流经 TMS 的铜线圈，会先转变成磁能，这个强大且快速变化的磁场穿透过 皮肤及头骨。虽然电磁场的强度可高达 1.5 特士拉（ tesla ，为磁通量密度单位）磁场 强度的磁脉冲，是地球磁场的三万倍，但每个脉冲只持续不到几毫秒，没有携带多少能量 。加上磁场强度会随着距离增加而快速下降，因此只能穿越 2-3 公分的大脑外层皮质。 当准确定位的磁场抵达时，会引发附近神经元产生小幅的电流，兴奋了脑中的特定目标区 域。 　　 Magnetic nerve stimulator 包括二个部分，一是高电流脉冲产生器（ high current pulse generator ）可以发射出 5000 安培的电流，二是刺激线圈（ coil ）。 刺激线圈的内部是由铜线绕成环状，加上温度感应器及安全开关，外面是以塑胶材质覆盖 （ Reza Jalinous, 1998 ）。 　　 线圈又可分为单环线圈（ single circular coil ）及双环线圈（ double circular coil ）（图 1. ），单环线圈正中央的感应电流是 0 ，感应电流最大值是在 中央点外围 50mm 。而双环线圈正中央的感应电流是最大值（图 2. ）。 　　 目前常用的 TMS 系统，主要是 Magstim 系统，该系统的电容器（ capacitor ）， 可储存高达 2800 伏特（ volts ），当电容器接到 trigger input signal ，此时储存 在电容器的能量就会送到刺激线圈。电容器开关（ Thyristors ）可以在数毫秒内，产生 强大电流。发射的电流可分为 monophasic, biphasic & polyphasic （图 3. ）： ‧ monophasic 的优点是可以减少线圈内热量的浪费，降低噪音，减少刺激杂讯以及增 加刺激准确度。 ‧ biphasic 的优点是适合 bilateral cortical stimulation ，但是准确度较 monophasic 低。 ‧ polyphasic 的优点也是适合 bilateral cortical stimulation ，但是杂讯高，易 生热，准确度也较 monophasic 低。 ( 可参考 http://www.biomag.hus.fi/tms/Thesis/dt.html#1 ) TMS 的实验方式 ： 　　 单一磁性脉冲（ single-pulse ）的 TMS 只能产生即时的效果，例如，将单一磁 性脉冲送入受试者脑中的运动皮质，依线圈放置位置的不同，造成受试者手部、手臂或腿 部产生短暂的抽搐动作（ Reza Jalinous, 1998 ）。 　　 反覆 TMS （ repetitive TMS, rTMS ）是以连续且带有规律的磁性脉冲引起行为 的改变，这种行为效果与单一磁性脉冲不同，在进行 rTMS 的短时间内， rTMS 能够阻断 或抑制某个大脑的功能，例如，重复刺激在控制语言的运动区上，可造成受试者暂时无法 说话。藉由这种「功能性剔除」的方法，我们可以重新检视过去从脑伤病人身上所得来的 知识。 rTMS 依刺激频率可分为 Low-frequency TMS: < 1 Hz ，以低频的电讯刺激神经 元，造成「长期压抑」（ long-term depression, LTD ）的现象，降低了细胞之间联系 的效率，以及 High-frequency TMS: >1 Hz ，是以较高频的电讯刺激产生兴奋效果，亦 即产生「长期增益」（ long-term potentiation, LTP ）。 rTMS 尝试以类似 LTD 或 LTP 的方式来改变大脑路线，造成神经细胞网路的抑制或兴奋，这个效果可以持续数分 钟到数个小时之久，也让我们开始思考如何藉由 rTMS 来重新塑造大脑路线。为了进一步 了解 rTMS 对於脑中线路的影响， Bohning 等人希望发展出能够同时进行 rTMS 及功能 性磁造影（ fMRI ）扫瞄的方法，让我们准确的知道刺激到大脑哪一个区域，以及 rTMS 刺激前後的神经线路的改变为何（ Reza Jalinous, 1998 ）。 　　 目前 TMS 主要应用在探讨大脑可塑性（ brain plasticity ）、语言、运动、计算 ” 神经传导时间 ” （ conduction velocity changes ）、精神疾病及视知觉（ visual perception ）等问题。在使用 TMS 的安全性问题上， TMS 并不会产生长期神 经心理上的效果（ long-term neuropsychological effects ），过去研究指出 single-pulse TMS 并不会产生副作用，可是有一些研究指出 rTMS 对於一些受试者可能 会产生痉挛，而这些受试者通常有癫痫的家族史。此外，服用抗忧郁剂患者、心脏病患者 皆不能接受 TMS 刺激。若想要知道更多、更详细的资料，可参考 Reza Jalinous 编写 TMS 指导手册（ Guide to Magnetic stimulation ）及 Wassermann （ 2002 ）在 Handbook of transcranial magnetic stimulation 的第四章。 -- 原始网址 http://www.ncu.edu.tw/~ncu5200/f_031.php --

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