TMS 簡介： 歷史 ： 　　Michael Faraday （ 1831 ）提出電磁共生的理論（ electromagnetic induction ）， d'Arsonval （ 1896 ）利用該原理，直接刺激視網膜，發現會產生光幻視（ phosphenes ）的生理效果。 Barker 等人（ 1974 ）開始研究用短期磁脈衝刺激周邊神 經，並且希望將此發展成臨床上可用的磁刺激器（ magnetic stimulator ），以記錄肌 肉動作電位（ muscle action potentials ）。相較於過去臨床上使用的電刺激，磁刺激 是一種無痛、非侵入性且較為舒服的工具。於是 Polson 等人（ 1982 ）就利用磁刺激器 （ magnetic stimulator ），刺激周邊神經，並且記錄到 muscle evoked potential (MEP) 。 Barker 等人（ 1985 ）更進一步的改良磁刺激器的設計，使得能量的轉換效率 由 20 ％增加至 80 ％，並且在不須將大腦打開的情況下，利用磁刺激刺激人類的運動皮 質，也因此迅速展開 TMS 的研究。 磁刺激原理（ Principles of Magnetic Stimulation ） ： 　　由於大腦中的神經傳導是需要電流的改變，穿顱磁刺激（ transcranial magnetic stimulation, TMS ）就藉助這個特性，以一種非侵入性、無痛且安全的方式，利用金屬 線圈，直接對腦中特定區域發出強力但短暫的磁性脈衝，在人腦的神經線路上引發微量的 電流。當電流流經 TMS 的銅線圈，會先轉變成磁能，這個強大且快速變化的磁場穿透過 皮膚及頭骨。雖然電磁場的強度可高達 1.5 特士拉（ tesla ，為磁通量密度單位）磁場 強度的磁脈衝，是地球磁場的三萬倍，但每個脈衝只持續不到幾毫秒，沒有攜帶多少能量 。加上磁場強度會隨著距離增加而快速下降，因此只能穿越 2-3 公分的大腦外層皮質。 當準確定位的磁場抵達時，會引發附近神經元產生小幅的電流，興奮了腦中的特定目標區 域。 　　 Magnetic nerve stimulator 包括二個部分，一是高電流脈衝產生器（ high current pulse generator ）可以發射出 5000 安培的電流，二是刺激線圈（ coil ）。 刺激線圈的內部是由銅線繞成環狀，加上溫度感應器及安全開關，外面是以塑膠材質覆蓋 （ Reza Jalinous, 1998 ）。 　　 線圈又可分為單環線圈（ single circular coil ）及雙環線圈（ double circular coil ）（圖 1. ），單環線圈正中央的感應電流是 0 ，感應電流最大值是在 中央點外圍 50mm 。而雙環線圈正中央的感應電流是最大值（圖 2. ）。 　　 目前常用的 TMS 系統，主要是 Magstim 系統，該系統的電容器（ capacitor ）， 可儲存高達 2800 伏特（ volts ），當電容器接到 trigger input signal ，此時儲存 在電容器的能量就會送到刺激線圈。電容器開關（ Thyristors ）可以在數毫秒內，產生 強大電流。發射的電流可分為 monophasic, biphasic & polyphasic （圖 3. ）： ‧ monophasic 的優點是可以減少線圈內熱量的浪費，降低噪音，減少刺激雜訊以及增 加刺激準確度。 ‧ biphasic 的優點是適合 bilateral cortical stimulation ，但是準確度較 monophasic 低。 ‧ polyphasic 的優點也是適合 bilateral cortical stimulation ，但是雜訊高，易 生熱，準確度也較 monophasic 低。 ( 可參考 http://www.biomag.hus.fi/tms/Thesis/dt.html#1 ) TMS 的實驗方式 ： 　　 單一磁性脈衝（ single-pulse ）的 TMS 只能產生即時的效果，例如，將單一磁 性脈衝送入受試者腦中的運動皮質，依線圈放置位置的不同，造成受試者手部、手臂或腿 部產生短暫的抽搐動作（ Reza Jalinous, 1998 ）。 　　 反覆 TMS （ repetitive TMS, rTMS ）是以連續且帶有規律的磁性脈衝引起行為 的改變，這種行為效果與單一磁性脈衝不同，在進行 rTMS 的短時間內， rTMS 能夠阻斷 或抑制某個大腦的功能，例如，重複刺激在控制語言的運動區上，可造成受試者暫時無法 說話。藉由這種「功能性剔除」的方法，我們可以重新檢視過去從腦傷病人身上所得來的 知識。 rTMS 依刺激頻率可分為 Low-frequency TMS: < 1 Hz ，以低頻的電訊刺激神經 元，造成「長期壓抑」（ long-term depression, LTD ）的現象，降低了細胞之間聯繫 的效率，以及 High-frequency TMS: >1 Hz ，是以較高頻的電訊刺激產生興奮效果，亦 即產生「長期增益」（ long-term potentiation, LTP ）。 rTMS 嘗試以類似 LTD 或 LTP 的方式來改變大腦路線，造成神經細胞網路的抑制或興奮，這個效果可以持續數分 鐘到數個小時之久，也讓我們開始思考如何藉由 rTMS 來重新塑造大腦路線。為了進一步 瞭解 rTMS 對於腦中線路的影響， Bohning 等人希望發展出能夠同時進行 rTMS 及功能 性磁造影（ fMRI ）掃瞄的方法，讓我們準確的知道刺激到大腦哪一個區域，以及 rTMS 刺激前後的神經線路的改變為何（ Reza Jalinous, 1998 ）。 　　 目前 TMS 主要應用在探討大腦可塑性（ brain plasticity ）、語言、運動、計算 ” 神經傳導時間 ” （ conduction velocity changes ）、精神疾病及視知覺（ visual perception ）等問題。在使用 TMS 的安全性問題上， TMS 並不會產生長期神 經心理上的效果（ long-term neuropsychological effects ），過去研究指出 single-pulse TMS 並不會產生副作用，可是有一些研究指出 rTMS 對於一些受試者可能 會產生痙攣，而這些受試者通常有癲癇的家族史。此外，服用抗憂鬱劑患者、心臟病患者 皆不能接受 TMS 刺激。若想要知道更多、更詳細的資料，可參考 Reza Jalinous 編寫 TMS 指導手冊（ Guide to Magnetic stimulation ）及 Wassermann （ 2002 ）在 Handbook of transcranial magnetic stimulation 的第四章。 -- 原始網址 http://www.ncu.edu.tw/~ncu5200/f_031.php --

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