重復(fù)經(jīng)顱磁刺激 (rTMS) 是重度抑郁癥 (MDD) 常用的治療方式，但是我們對(duì)經(jīng)顱磁刺激產(chǎn)生抗抑郁效果的機(jī)制了解甚少。此外，我們也缺乏能夠用以預(yù)測(cè)和追蹤臨床效果的大腦信號(hào)，而這些信號(hào)能夠幫助進(jìn)行分層與優(yōu)化治療。本研究中，我們進(jìn)行了隨機(jī)、假性對(duì)照的臨床試驗(yàn)，在rTMS前后分別測(cè)量電生理、神經(jīng)成像和臨床變化?；颊撸?span>N=36）被隨機(jī)分為兩組，分別接受有效刺激或偽刺激的，針對(duì)左背外側(cè)前額葉皮層(dlPFC)的rTMS干預(yù)，為期20個(gè)連續(xù)工作日。為捕捉由rTMS驅(qū)動(dòng)的大腦連接與因果興奮性上的變化，我們?cè)诟深A(yù)前后均對(duì)患者進(jìn)行了靜息態(tài)fMRI和TMS/EEG數(shù)據(jù)采集。通過同時(shí)進(jìn)行的TMS/fMRI，可以評(píng)估抑郁組與健康對(duì)照組之間大腦因果連接基線的差異。相比偽刺激組，我們發(fā)現(xiàn)rTMS引起了：
（1）dlPFC的全腦功能連接增強(qiáng)；
（2）誘導(dǎo)產(chǎn)生負(fù)性dlPFC-杏仁核連接；
（3）TMS/EEG誘發(fā)電位下的局部分散變化。
大腦全腦功能連接的變化可以預(yù)測(cè)臨床干預(yù)效果，而全腦功能連接與TMS/EEG的變化均能夠追蹤臨床結(jié)果。相比健康被試，我們觀察到抑郁患者dlPFC對(duì)杏仁核的干擾抑制作用?？傊?，rTMS通過積極干預(yù)，誘導(dǎo)刺激位置產(chǎn)生持久性連接和興奮性變化后，dlPFC似乎能更好地參與杏仁核自上而下的控制。這些網(wǎng)絡(luò)功能方法不僅能夠預(yù)測(cè)，也能追蹤臨床效果，為優(yōu)化干預(yù)方法打開了一扇潛在的大門。本研究由斯坦福大學(xué)的學(xué)者發(fā)表在Neuropsychopharmacology雜志。
引言
抑郁癥是一種廣泛流行的、嚴(yán)重的精神疾病。即使是藥物與心理治療相結(jié)合的干預(yù)，效果都不甚理想。新的療法，如重復(fù)經(jīng)顱磁刺激，可以調(diào)節(jié)腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或網(wǎng)絡(luò)間的連接。因該療法建立在對(duì)抑郁癥腦網(wǎng)絡(luò)功能障礙的新興理解上，所以可能促進(jìn)非侵入式療法的發(fā)展。臨床試驗(yàn)表明，針對(duì)背外側(cè)前額葉皮層（dlPFC）的10Hz rTMS對(duì)于抗抑郁有明顯效果，得到了食品與藥物管理局許可，并因此在臨床上得到廣泛應(yīng)用。即使如此，其治愈率還是令人失望。此外，臨床效果雖然得到了一定證明，rTMS技術(shù)的發(fā)展中還是缺乏神經(jīng)生理過程，以調(diào)整或澄清dlPFC內(nèi)具體的解剖學(xué)靶點(diǎn)，況且我們對(duì)該腦區(qū)（dlPFC）的理解還存在爭(zhēng)議。近期，幾個(gè)研究試圖通過任務(wù)態(tài)功能性核磁共振成像（fMRI）、個(gè)體化腦網(wǎng)絡(luò)映射和靜息態(tài)連接的方法，解決與rTMS相關(guān)的異質(zhì)性問題。但前期研究主要：
（1）缺乏必要的假性對(duì)照，以區(qū)分干預(yù)效果與安慰劑反應(yīng)因素。
（2）除連接改變外，沒有使用因果性腦測(cè)量方法來解釋rTMS作用機(jī)制（如某區(qū)域激活導(dǎo)致另一腦區(qū)變化）。我們對(duì)于rTMS機(jī)制理解的不足，使得治療技術(shù)的優(yōu)化受到了阻礙。
目前為止，神經(jīng)成像研究中，在探查rTMS在左側(cè)dlPFC與抑郁癥的關(guān)系時(shí)，均借助傳統(tǒng)的腦測(cè)量方法（如fMRI或EEG）進(jìn)行治療前后的檢測(cè)。這些研究普遍發(fā)現(xiàn)，在rTMS干預(yù)后，額葉或顳葉的功能、激活度以及神經(jīng)連接產(chǎn)生了變化。
關(guān)于額葉變化：rTMS顯示出DMN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)超連通性（hyperconnectivity）的正?；?，dlPFC-內(nèi)側(cè)前額葉異常連接的恢復(fù)，而且可以基于dlPFC-前扣帶回或前扣帶回-頂葉連接來預(yù)測(cè)臨床結(jié)果。
關(guān)于顳葉變化：左側(cè)dlPFC rTMS結(jié)果顯示，杏仁核血流量增加，被試對(duì)負(fù)性面孔的反應(yīng)降低。
除了神經(jīng)解剖學(xué)靶點(diǎn)與rTMS抗抑郁效果相關(guān)外，我們關(guān)于rTMS如何作用于這些腦區(qū)的機(jī)制理解也有限。一直以來的概念是，10Hz rTMS通過長期增強(qiáng)作用（LTP）來提升腦網(wǎng)絡(luò)興奮度，從而產(chǎn)生治療影響。但是人類研究中，支持該理論的證據(jù)不足。事實(shí)上，近期一項(xiàng)關(guān)于rTMS（而非大腦切片中電誘發(fā)的LTP）的動(dòng)物研究提出了不同于LTP的另一機(jī)制：減少皮層抑制。比如將10 Hz rTMS應(yīng)用于貓的視覺皮層，會(huì)導(dǎo)致長期抑制作用的減弱，單一經(jīng)顱磁脈沖反彈，這也證明了視覺加工時(shí)的抑制減弱。我們最近的研究也曾表明，在類rTMS實(shí)驗(yàn)中，用10Hz進(jìn)行顱內(nèi)皮層電刺激10分鐘，會(huì)抑制20到40毫秒的刺激激活潛能?？紤]到這種潛能的自然抑制作用，該類研究證明了rTMS可能通過一種先前未知的大腦皮層抑制減弱機(jī)制產(chǎn)生作用。因此，理解究竟哪些腦區(qū)和神經(jīng)生理過程受非侵入rTMS影響而改變的一種方法是，使用同步fMRI或EEG，探測(cè)由TMS脈沖直接誘發(fā)的大腦激活。同步TMS/fMRI亦可揭示哪些下游腦區(qū)受到dlPFC刺激影響。
為了更好地理解10Hz rTMS療法機(jī)制與預(yù)測(cè)因子，我們進(jìn)行了針對(duì)重度抑郁癥患者的rTMS多模態(tài)假性隨機(jī)對(duì)照研究，檢測(cè)了靜息態(tài)fMRI下的連接變化（圖2）和TMS/EEG誘發(fā)的神經(jīng)反應(yīng)（圖3圖4）。另外，我們還使用同步TMS/fMRI對(duì)比了抑郁癥患者與控制組治療前的TMS激活反應(yīng)，來確定rTMS誘發(fā)的大腦連接變化能否從原因上解釋抑郁癥中混亂的神經(jīng)聯(lián)系（圖5）。我們初始假設(shè)重點(diǎn)只是同步TMS/fMRI的臨床試驗(yàn)。但是由于設(shè)備故障，使得數(shù)據(jù)收集和試驗(yàn)后測(cè)難以在一年半內(nèi)完成。因此不得不修改計(jì)劃，轉(zhuǎn)而分析靜息態(tài)fMRI與TMS/EEG?？傮w來講，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)同之前一致：
（1）檢測(cè)dlPFC與其他抑郁相關(guān)腦區(qū)間的因果聯(lián)系。
（2）探查rTMS抗抑郁療法對(duì)于異常腦區(qū)連接的影響。
我們假設(shè)對(duì)于左側(cè)dlPFC的10Hz rTMS能誘發(fā)dlPFC中刺激部位的連通性變化，在對(duì)靜息態(tài)fMRI與TMS/EEG的異常模式進(jìn)行調(diào)整后，能夠反映出上述變化；并且這些變化的強(qiáng)度能夠預(yù)測(cè)、追蹤臨床效果?？傊?，結(jié)果表明，10Hz dlPFC的rTMS能夠?qū)σ钟舭Y產(chǎn)生長時(shí)效、臨床相關(guān)的神經(jīng)調(diào)節(jié)作用，這可能部分與從dlPFC到杏仁核的自上而下的控制加強(qiáng)有關(guān)。
材料與方法
被試
初始被試共有85位重度抑郁癥患者，經(jīng)過下述標(biāo)準(zhǔn)篩查后，36位患者同意參與本研究，并獲得斯坦福大學(xué)機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)的批準(zhǔn)（見表S1）。此外，28位健康對(duì)照被試同意進(jìn)行與抑郁癥患者獲得治療前相同的實(shí)驗(yàn)程序（健康被試不參與再測(cè)）。所有抑郁患者年齡介于18至50歲間，右利手，符合DSM-4對(duì)于抑郁癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)。抑郁患者在治療開始前兩周無服用藥物。為限制安慰劑反應(yīng)率，從而減少假性rTMS激活對(duì)照，又不增加抗治療人數(shù)，納入標(biāo)準(zhǔn)允許一次抗抑郁試驗(yàn)失敗，但失敗次數(shù)不得大于3次。排除標(biāo)準(zhǔn)包括：進(jìn)行MRI的禁止條件（如體內(nèi)金屬）；曾失去意識(shí)的頭部創(chuàng)傷史，這可能降低癲癇發(fā)作閾值；癲癇發(fā)作史；神經(jīng)或不可控疾病史；活性物質(zhì)濫用；精神障礙或雙相情感障礙；以及ECT或rTMS失敗史?；颊呖晒膊〗箲]癥（但非創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙），若患者符合終生雙相情感障礙、物質(zhì)依賴或精神分裂癥的標(biāo)準(zhǔn)也被剔除。我們分別在治療前（第一天）、治療中（第十天）及治療后（第二十天）使用漢密爾頓抑郁評(píng)估量表（HamD）對(duì)患者抑郁癥狀進(jìn)行評(píng)測(cè)。健康被試無使用藥物，且不滿足任何一項(xiàng)精神障礙診斷標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)于靜息態(tài)fMRI連通性檢測(cè)，在剔除不符合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后，試驗(yàn)納入28名健康對(duì)照被試和31名抑郁癥被試(18例完全主動(dòng)rTMS, 13例完全假性rTMS)。 關(guān)于單脈沖TMS/EEG部分，刺激傳遞到治療部位(治療刺激點(diǎn)位位于額頂葉控制網(wǎng)絡(luò)FPCN的左側(cè)dlPFC部分，如下圖所示）。右側(cè)刺激點(diǎn)位比左側(cè)dlPFC同源點(diǎn)位更靠前(基于它是腹側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)VAN的一個(gè)成分)，或初級(jí)視覺皮層(V1)。FPCN刺激分析包括17名健康控制被試與26名抑郁癥患者（16例真刺激，10例假刺激）的rTMS療法前后測(cè)。由于VAN與V1刺激條件作為一種對(duì)比，可以幫助深入理解FPCN中dlPFC在治療前后變化，因此試驗(yàn)分析僅包括主動(dòng)激活rTMS的患者數(shù)據(jù)（12例患者的右側(cè)FPCN dlPFC，10例患者的左側(cè)VAN dlPFC，以及15例患者的V1）。
關(guān)于TMS/fMRI前測(cè)成分，21名健康被試（HCs）與20名抑郁患者接受了FPCN和VAN dlPFC位點(diǎn)的刺激。
不同研究成分和刺激點(diǎn)位的樣本差別反映了刺激有效性、被試有效性和數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素。
隨機(jī)化、目標(biāo)與假性控制
本研究主要目的是探查rTMS的神經(jīng)機(jī)制，而非論證主動(dòng)與假性rTMS臨床結(jié)果的區(qū)別，對(duì)比二者的神經(jīng)影像學(xué)研究經(jīng)常動(dòng)機(jī)不足，因?yàn)槎鄠€(gè)隨機(jī)試驗(yàn)已證實(shí)了假性rTMS的臨床效果。所以，為最大化鎖定預(yù)測(cè)或追蹤神經(jīng)信號(hào)的可能性，相比假性rTMS組，我們?cè)谡?span>rTMS組別中納入了更多被試。具體做法是，患者以2:1的比例被隨機(jī)分入積極或假性rTMS治療中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用雙盲假性對(duì)照。為最大化雙盲假性對(duì)照設(shè)計(jì)的效度，我們采用：
（1）一個(gè)TMS方向傳感線圈用來提醒操作者，是否正確操作（真刺激vs.偽刺激）；
（2）放置在線圈下的電極通過作用于頭皮的低強(qiáng)度電刺激來激活偽刺激。這一電刺激假性對(duì)照方法的有效性，曾在一篇多點(diǎn)位經(jīng)顱刺激治療的研究中得到過證實(shí)。（見原文參考文獻(xiàn)）
研究使用Brainsight無框架立體定向神經(jīng)導(dǎo)航軟件處理分層掃描采集到的高分辨率T1加權(quán)解剖學(xué)成像，為每位被試定位TMS/fMRI，TMS/EEG和rTMS治療中的經(jīng)顱磁刺激部位。進(jìn)而以鼻竇和雙側(cè)耳屏為基準(zhǔn)標(biāo)記，標(biāo)準(zhǔn)化頭部位置，在每位被試的自然空間解剖圖像中識(shí)別頭皮的TMS靶點(diǎn)位置。
rTMS 治療
兩種rTMS均使用 MagVenture X100 經(jīng)顱磁電刺激器和液冷B65 A/P蝶形線圈（MagVenture）操作。rTMS擬包含每日左側(cè)dlPFC刺激，由4秒10Hz訓(xùn)練與26秒休息組成，重復(fù)37.5分鐘（3000次脈沖）。在每個(gè)受試者靜息運(yùn)動(dòng)閾值的120%處進(jìn)行刺激，該閾值被認(rèn)為刺激強(qiáng)度最小閾值，在被試左側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層被刺激的情況下，該閾值的刺激可誘發(fā)至少50%可見手指運(yùn)動(dòng)。假性rTMS治療則是通過快速翻轉(zhuǎn)TMS線圈與頭皮電刺激模仿rTMS。
后測(cè)
在rTMS結(jié)束24小時(shí)后，進(jìn)行臨床后測(cè)評(píng)估，使用靜息態(tài)fMRI和TMS/EEG范式與治療前數(shù)據(jù)對(duì)比。
圖1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).健康被試（HCs）與重度抑郁癥患者（MDD）入組并接受靜息態(tài)fMRI基線，同步TMS/EEG，同步TMS/fMRI檢測(cè)，以及臨床評(píng)估。之后患者隨機(jī)分配參與雙盲rTMS和假性對(duì)照實(shí)驗(yàn)，主要為每日10Hz針對(duì)左側(cè)dlPFC的有效或偽刺激。治療后至少24小時(shí)，患者還需進(jìn)行靜息態(tài)fMRI、同步TMS/EEG和臨床評(píng)估的治療后測(cè)。
靜息態(tài)fMRI-功能連接分析
為接近刺激的有效區(qū)域，我們圍繞被試的刺激坐標(biāo)，生成了一個(gè)12mm的感興趣區(qū)域(ROI)。如前文所述，該錐形ROI由半徑為2、4、7、9和12mm球體連接而成，都集中在刺激部位。目的是模仿TMS隨距離產(chǎn)生的衰退效果，如ROI刺激點(diǎn)周圍2mm內(nèi)權(quán)重為1，2-4mm間權(quán)重為0.8，4-6mm間權(quán)重為0.6，以此類推。然后將錐體制作成mask，以排除腦外體素干擾。為獲取靜息態(tài)下連接的單一估值，我們計(jì)算了每位患者ROI刺激點(diǎn)位的全腦功能連接。我們使用Martuzzi等人提出的全腦功能連接計(jì)算方法，即平均mask內(nèi)每一體素與其他體素BOLD時(shí)間序列的相關(guān)值的平方。該方法可平均分配正負(fù)相關(guān)權(quán)重（如，高負(fù)性相關(guān)會(huì)增加全腦連通性得分）。這一方法近期得到大量關(guān)于神經(jīng)生理疾病研究的驗(yàn)證，并被證實(shí)用于識(shí)別前額葉異常連接格外有效。
為驗(yàn)證該指標(biāo)在本研究樣本中的重測(cè)信度，我們還計(jì)算了假性對(duì)照組治療前后個(gè)體內(nèi)和個(gè)體間的變異性。我們發(fā)現(xiàn)個(gè)體間變異顯著更?。?span>t11=-3.7，p=0.0036），顯示了良好信度。最后，為了確保試驗(yàn)結(jié)果的特異性，我們還計(jì)算了其他10個(gè)隨機(jī)選擇的前額葉種子點(diǎn)的全腦連接，每個(gè)種子點(diǎn)都有同上所述的12mm的圓錐體。
在計(jì)算完全腦功能連接后，我們使用相同的錐形ROI展開后續(xù)的配對(duì)連接分析，以生成每位被試的種子點(diǎn)-體素相關(guān)圖。這一步驟使我們能夠探查刺激點(diǎn)位與其他腦區(qū)間的靜息態(tài)功能連接，從而看到哪個(gè)腦區(qū)有助于dlPFC中全腦功能連接的變化。不僅使用探索性全腦分析，我們也使用了一個(gè)包含雙側(cè)內(nèi)側(cè)和外側(cè)前額葉皮質(zhì)、前扣帶、杏仁核和扣膜的mask，對(duì)大腦連接性進(jìn)行評(píng)估。該mask在先前的研究中被認(rèn)為包含與抑郁和TMS反應(yīng)有關(guān)的額顳葉結(jié)構(gòu)。
同步TMS/EEG
為了評(píng)估rTMS治療前后大腦興奮度的因果模式，我們進(jìn)行了同步TMS/EEG映射(N = 16有效rTMS, 12假性對(duì)照rTMS，共28例)。單一TMS脈沖被傳送至四個(gè)皮層靶點(diǎn)：雙邊FPCN dlPFC點(diǎn)位；注意網(wǎng)絡(luò)（VAN）左側(cè)前中回的dlPFC；初級(jí)視覺皮層（V1）。
在TMS單一脈沖作用時(shí)，同步記錄EEG數(shù)據(jù)。所有電極的阻抗保持在5 kohm以下，EEG數(shù)據(jù)以2048Hz采樣，以最小化刺激偽跡的持續(xù)時(shí)間。鼻尖作為參考。
同步TMS/fMRI
為研究靜息態(tài)fMRI分析中顯示的腦區(qū)下游影響的標(biāo)準(zhǔn)模式，以說明治療相關(guān)腦區(qū)變化，一組抑郁癥患者（N=20）與配對(duì)健康對(duì)照組（N=21）按擬定流程接受了同步TMS/fMRI掃描。使用MagVenture MR-磁共振 MRI-B91，將單一脈沖作用于FPCN或VAN的左側(cè)dlPFC節(jié)點(diǎn)，量化比較下游fMRI的BOLD反應(yīng)。刺激強(qiáng)度為每位被試靜態(tài)運(yùn)動(dòng)閾限的120%。傳送70 TMS脈沖5分鐘，每2.4秒一次的七次交替刺激組成10個(gè)單元。使用靜息fMRI獲取磁共振參數(shù)，在2秒內(nèi)完成單個(gè)全腦容量的成像，然后掃描儀暫停0.4秒，在此期間可以發(fā)送刺激脈沖，每一TMS單元時(shí)長16.8秒。我們采用這種交叉聚類方法，以避免在TMS脈沖作用同時(shí)獲得的fMRI數(shù)據(jù)被破壞。每一TMS單元時(shí)長16.8秒。
結(jié)果
臨床結(jié)果
根據(jù)漢密爾頓抑郁量表顯示，rTMS組內(nèi)抑郁癥狀明顯改善（時(shí)間效果；F(1,33)=26.4, p < 0.001）。每一治療組中，5位患者被歸為臨床應(yīng)答者（50%臨床癥狀減少，rTMS中有27%，偽刺激rTMS中38%）。與預(yù)期效果一致，由于我們以多通道機(jī)制為主的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)樣本量的關(guān)系，幾個(gè)治療組別無顯著臨床差別。
靜息態(tài)fMRI連接
我們首先采用線性混合模型，檢測(cè)rTMS治療是否改變了dlPFC刺激點(diǎn)位的全腦功能連接。結(jié)果顯示存在顯著治療的組別*時(shí)間交互作用（F(1,52) = 6.54, p = 0.013, Cohen’s d = 0.46, N = 31 圖2a，b）。這一交互作用由rTMS中全腦功能連接的增加導(dǎo)致(posthoc pairwise test, F(1,28) = 7.28, p = 0.012, Cohen’s d = 0.75, N = 18)，但在假性對(duì)照組中無連接變化(posthoc pairwise test, F(1,27) = 0.44, p = 0.51, Cohen’s d = 0.29, N = 13)。由rTMS誘發(fā)的連通性變化使得抑郁癥患者總體上更接近健康被試的腦區(qū)連接模式。
關(guān)于空間特異性對(duì)照，我們分析了另外10個(gè)隨機(jī)選擇的前額葉種子點(diǎn)的全腦功能連接，rTMS并未對(duì)這些種子點(diǎn)直接靶向定位。當(dāng)我們將這10個(gè)種子點(diǎn)與刺激點(diǎn)位連接起來時(shí)，發(fā)現(xiàn)了受刺激部位強(qiáng)雙向交互作用驅(qū)動(dòng)的顯著三向交互關(guān)系（種子點(diǎn)×組別×時(shí)間;F(43,420) = 2.16, p < 0.001）。而分別分析時(shí)，卻無明顯組別*時(shí)間交互關(guān)系（p > 0.1）。
為進(jìn)一步理解rTMS帶來的dlPFC內(nèi)連接變化，我們將每位患者的刺激點(diǎn)位生成種子點(diǎn)連接圖，以檢查抑郁癥皮質(zhì)邊緣回路中的靶點(diǎn)（如內(nèi)外側(cè)額葉、島葉和杏仁核）。結(jié)果揭示，雙邊杏仁核及對(duì)側(cè)dlPFC均發(fā)生了明顯連接變化（圖2）。如上所述，rTMS誘發(fā)的變化促使抑郁癥患者神經(jīng)連接更趨近于對(duì)照組。值得注意的是，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)性dlPFC -杏仁核連接僅在rTMS組治療后才明顯。
圖2 有效rTMS調(diào)節(jié)左側(cè)dlPFC刺激點(diǎn)位的神經(jīng)連接，預(yù)測(cè)和追蹤臨床反應(yīng)。
a 為每位被試確定左側(cè)dlPFC刺激靶點(diǎn)，基于額頂控制網(wǎng)絡(luò)（FPCN）位置。
b 治療組別（有效刺激，偽刺激）*時(shí)間（前測(cè)，后測(cè)）的rTMS整體功能連接效果。
c 治療組別*時(shí)間rTMS的功能連接，基于dlPFC刺激點(diǎn)到雙側(cè)杏仁核和右側(cè)dlPFC。rTMS治療后的患者與健康對(duì)照已無顯著差別，而這些患者在治療前測(cè)中存在明顯損傷。右側(cè)dlPFC中，即使在治療后，患者的連接持續(xù)增加。
d 更低的左側(cè)dlPFC全腦功能連接基線能夠預(yù)測(cè)rTMS中漢密爾頓量表得分變化，這里用基線中位數(shù)說明。
e 左側(cè)dlPFC全腦功能連接的前后測(cè)變化與漢密爾頓得分變化相關(guān)。
接下來我們確定了dlPFC全腦功能連接是如何影響臨床治療結(jié)果的。在rTMS組，基線左側(cè)dlPFC的全腦功能連接可預(yù)測(cè)臨床結(jié)果，例如在前測(cè)中連接程度較低的患者，卻在臨床上有更大的改善（線性混合模型，全腦功能連接*時(shí)間作用，F(1,31) = 8.52, p = 0.007, Cohen’s d =1.59）。此外，前后測(cè)中神經(jīng)連接的增加與漢密爾頓量表評(píng)分變化呈負(fù)相關(guān)，表明dlPFC全腦功能連接連接增加最多的rTMS組患者，其臨床表現(xiàn)也得到最大改善。相反，刺激點(diǎn)位和杏仁核、右側(cè)dlPFC間的連接則不能預(yù)測(cè)或追蹤臨床效果。假性對(duì)照rTMS組中，基線左側(cè)dlPFC的全腦功能連接同樣無法預(yù)測(cè)臨床效果，連接變化與漢密爾頓量表得分不相關(guān)。但這些結(jié)果應(yīng)更加細(xì)致謹(jǐn)慎地去解讀。
TMS/EEG 結(jié)果
進(jìn)一步，我們想要了解有效刺激與偽刺激rTMS的效果是否在TMS-evoked potential（TEP）上有區(qū)別，TEP是通過單一TMS脈沖檢驗(yàn)?zāi)X區(qū)神經(jīng)生理影響的工具（圖3）。對(duì)TMS/EEG電位進(jìn)行多重比較后，在線性混合模型分析中，只有p30（后經(jīng)顱磁刺激脈沖25-35毫秒）表現(xiàn)出顯著的治療組×時(shí)間的交互作用（圖3）。也就是，顯著交互作用僅分別存在于左側(cè)額葉和頂葉（圖3）。額葉和頂葉中明顯的p30變化也僅發(fā)生在rTMS組中，而非偽刺激組中。
如圖3所示，有效rTMS而非偽刺激rTMS能夠降低p30電位。對(duì)比健康被試p30反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，抑郁患者由rTMS帶來的改變趨于p30 TEPs標(biāo)準(zhǔn)化，這在額葉與頂葉集群中相似。雖然有效rTMS組中，抑郁癥患者額葉或頂葉集群的p30基線反應(yīng)，沒能通過線性混合模型預(yù)測(cè)臨床變化的效果，但是前額葉p30反應(yīng)在治療中變化的數(shù)量，與癥狀變化規(guī)模相關(guān)。前額葉p30反應(yīng)越少，臨床改善便越多（r=0.72，p=0.0025 圖3）
圖3 每日有效rTMS（非虛假對(duì)照rTMS）調(diào)節(jié)TMS/EEG p30 電位。
a TMS/EEG單一脈沖在rTMS與偽刺激rTMS中均作用于左側(cè)dlPFC治療部位。
b TEP軌跡示例
c 所有被試頭皮TMS/EEG電位示意圖。d 療法的組別*時(shí)間交互作用僅顯示在p30電位中（p<0.05，集群校正多次對(duì)比）。
d 該交互作用的-log(p-value)頭皮電位圖。
e d中額葉與頂葉的TEP時(shí)間序列，分為不同實(shí)驗(yàn)組。綠色箭頭=額葉集群；藍(lán)色箭頭=頂葉集群；陰影豎線表示p30時(shí)間段。插圖顯示每組TEP的0 - 50ms成分。
f 從顯著的額頂集群中提取p30振幅，為每個(gè)治療組繪制治療前后的TEPs，同時(shí)也提取健康對(duì)照組(HC)中相同的p30振幅。誤差線代表SEM。
g 各治療組主要效果產(chǎn)生時(shí)間的腦電圖。
h 額葉集群p30振幅的前后差異，與臨床癥狀的前后測(cè)差異（HamD）相關(guān)關(guān)系顯示，p30改變程度與癥狀改善程度相關(guān)。
最后，我們通過比較rTMS后，左側(cè)FPCN dlPFC在p30 TEPs中的變化與右側(cè)FPCN dlPFC、左側(cè)VAN dlPFC或V1刺激點(diǎn)位的變化，評(píng)估p30結(jié)果的點(diǎn)位特異性。我們假設(shè)，左側(cè)FPCN dlPFC引發(fā)的腦網(wǎng)絡(luò)變化，最有可能通過TMS/EEG在治療部位（左側(cè)FPCN）中體現(xiàn)。比較治療點(diǎn)位和其他點(diǎn)位時(shí)，我們觀察到明顯的刺激*時(shí)間交互作用效果（圖4），這說明rTMS帶來的p30抑制效果只有在單脈沖作用治療點(diǎn)位后才會(huì)產(chǎn)生?？傊?/span>rTMS能夠抑制p30電位，而更好的抑制與更佳的臨床效果相關(guān)。
圖4 rTMS后p30抑制的部位特異性a FPCN vs. VAN. Top panel：TMS/EEG刺激位置在左側(cè)dlPFC，與FPCN和VAN對(duì)應(yīng)。刺激點(diǎn)位（FPCN，VAN）*時(shí)間（治療前，治療后）交互作用的腦區(qū)圖(p < 0.05, cluster-corrected, linear mixed model). Middle panel：從點(diǎn)位*時(shí)間效應(yīng)估計(jì)邊際均值。Bottom panel：每個(gè)刺激點(diǎn)位的TEPs時(shí)間序列.誤差線代表SEM.陰影豎線表示p30時(shí)間段.帶綠色箭頭柱表示來自額葉集群的結(jié)果;藍(lán)色箭頭表示頂葉集群,陰影豎線表示p30時(shí)間段.插圖顯示每組TEP 0-50ms成分.與左側(cè)VAN dlPFC比較，我們觀察到顯著的刺激部位*時(shí)間的交互作用效應(yīng).
b 同a，是左右側(cè)FPCN dlPFC刺激交互作用. 對(duì)比左右側(cè)FPCN dlPFC時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了顯著交互作用效應(yīng),
c 同a，是左側(cè)FPCN dlPFC與V1 刺激部位*時(shí)間交互作用.
TMS/fMRI 結(jié)果
圖5 rTMS治療前，患者左側(cè)dlPFC對(duì)杏仁核與對(duì)右側(cè)dlPFC的抑制作用受到干擾。同步TMS/fMRI對(duì)a 左側(cè)FPCN dlPFC 或b 左側(cè)VAN dlPFC 單一TMS脈沖的反應(yīng)。TMS從ROI中提取，該ROI由靜息態(tài)fMRI治療組*時(shí)間交互作用效應(yīng)定位，如圖2c。左側(cè)FPCN dlPFC刺激導(dǎo)致健康對(duì)照被試杏仁核抑制，但在抑郁癥患者中，左側(cè)VAN dlPFC刺激未見異常模式。對(duì)于右側(cè)dlPFC 的ROI來說，抑郁患者得到激活，健康被試未見反應(yīng)。
上述結(jié)果證明，dlPFC與具體下游腦區(qū)的神經(jīng)連接可能是rTMS產(chǎn)生臨床效果的基礎(chǔ)。那么這些腦區(qū)是否也在抑郁癥患者的dlPFC中表現(xiàn)異常？為了解決這個(gè)問題，我們借助同步TMS/fMRI的優(yōu)勢(shì)，檢驗(yàn)杏仁核和右側(cè)FPCN ROIs反應(yīng)。我們?cè)俅问褂米髠?cè)VAN dlPFC點(diǎn)位附近區(qū)域，作為空間特異性對(duì)照。線性混合模型揭示了刺激點(diǎn)位（FPCN與VAN dlPFC）和被試組（健康與抑郁）的顯著相關(guān)關(guān)系（F=7.50，p=0.007），但與ROI無其他相關(guān)（杏仁核與右側(cè)dlPFC），這表明在ROI內(nèi)也存在類似效應(yīng)。但是，分別檢測(cè)每個(gè)ROI區(qū)域的刺激點(diǎn)位*組別交互作用關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)在左側(cè)杏仁核(F(1,39) = 5.34, p = 0.026),，右側(cè)dlPFC(F(1,39) = 5.68, p= 0.022)中的顯著效應(yīng)，以及右側(cè)杏仁核趨勢(shì)(F(1,39) = 3.47, p =0.070)。在健康被試中，FPCN dlPFC刺激引發(fā)了杏仁核的負(fù)性fMRI反應(yīng)（失活），右側(cè)dlPFC無變化（圖5）。相反，抑郁癥患者杏仁核未表現(xiàn)失活，其dlPFC卻異常激活。盡管靠近刺激點(diǎn)位，但是上述所有左側(cè)VAN dlPFC刺激后的組間差異均不明顯（圖5b）?？傊?，同步TMS/fMRI說明對(duì)左側(cè)FPCN
dlPFC施加刺激，通常會(huì)使得杏仁核失活，但是該效果不存在抑郁癥患者中。
討論
為了更好地理解rTMS療法是如何調(diào)節(jié)抑郁癥中大腦活動(dòng)的，我們進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)、假性控制、關(guān)注作用機(jī)制的臨床試驗(yàn)，使用電生理學(xué)、神經(jīng)影像學(xué)和rTMS前后的臨床變化進(jìn)行測(cè)量，研究結(jié)果如下:
（1）相比偽刺激，有效rTMS增強(qiáng)了dlPFC靜息態(tài)fMRI中的整體連通性，誘發(fā)產(chǎn)生在基線中未表現(xiàn)出的雙邊杏仁核負(fù)性連接，通過全腦功能連接，我們可以預(yù)測(cè)和追蹤臨床變化程度；
（2）相比偽刺激，有效rTMS抑制了早期TMS激活電位（電位代表皮層抑制，因此表明，rTMS治療后皮層抑制的減少），位于左側(cè)前額葉和頂葉皮層信號(hào)的變化可追蹤臨床變化程度；
（3）在同步TMS/fMRI下，將單一TMS脈沖作用在dlPFC，抑郁癥患者未表現(xiàn)出對(duì)杏仁核活動(dòng)的正常抑制?？偠灾?，這些結(jié)果表明，rTMS可產(chǎn)生長時(shí)神經(jīng)調(diào)節(jié)效果，其特點(diǎn)是降低被認(rèn)為是局部皮層抑制的電生理指標(biāo)，恢復(fù)了正常的負(fù)性dlPFC -杏仁核連接。在解讀結(jié)果時(shí)，我們應(yīng)考慮到本研究尚存的局限，如小樣本，高安慰劑效應(yīng)比率使得我們很難辨別TMS特異性與非特異性因素，缺少有效刺激/偽刺激治療組的區(qū)分，偽刺激rTMS可能亦存在有效成分的事實(shí)，缺乏更復(fù)雜的臨床樣本的普遍適用性（比如rTMS與評(píng)估均在實(shí)驗(yàn)室條件下，患者無藥物服用背景，而在臨床情景中，患者常同步使用藥物），定位TMS靶點(diǎn)的方法，設(shè)備故障使我們無法直接具體驗(yàn)證前期假設(shè)，以及其他關(guān)于TMS/EEG和fMRI信號(hào)背后的生理機(jī)制等問題。
10Hz rTMS可能能夠減少前額葉皮層內(nèi)抑制，而通過LTP增強(qiáng)興奮度常被認(rèn)為是rTMS產(chǎn)生效果的基礎(chǔ)，本研究證據(jù)表明，rTMS可能是通過減少前額葉皮層內(nèi)抑制，改善臨床抑郁癥狀的。事實(shí)上，rTMS的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，該療法可降低神經(jīng)元間的活性，減少視覺誘發(fā)活動(dòng)中常見的抑制痕跡。我們發(fā)現(xiàn)，10Hz前額葉顱內(nèi)電刺激可抑制人體顱內(nèi)p30激活反應(yīng)。這些研究與本文TMS/EEG結(jié)果一致，即rTMS可針對(duì)性地抑制受刺激網(wǎng)絡(luò)中的p30反應(yīng)。我們觀察到，尤其是早期電位變化，刺激部位和治療分組，所有這些均可控制TMS效果的非特異性。由于其他TMS/EEG電位的神經(jīng)生理機(jī)制比p30更清晰，因此p30的減少可能反映出GABA-Aergic抑制的降低。各層電刺激，人體藥理學(xué)控制和配對(duì)脈沖經(jīng)顱磁刺激實(shí)驗(yàn)均與GABA-Aergic活動(dòng)有關(guān)。
因此，rTMS可能通過減少前額葉皮層內(nèi)抑制而非LTP，誘導(dǎo)神經(jīng)發(fā)育。未來的研究可在大樣本基礎(chǔ)上驗(yàn)證本研究結(jié)果，也可將人類p30結(jié)果與動(dòng)物模型和藥理探索聯(lián)系起來，以闡釋關(guān)鍵機(jī)制。
dlPFC-杏仁核連接變化
使用靜息態(tài)fMRI檢測(cè)長程連接變化，我們發(fā)現(xiàn)有效rTMS能夠增強(qiáng)dlPFC全腦功能連接，隨之增強(qiáng)dlPFC-杏仁核的負(fù)性連接。因此，研究中EEG結(jié)果可能意味著dlPFC附近局部抑制的減少，fMRI結(jié)果可能表明，由dlPFC到杏仁核的抑制增加。換句話說，如果該結(jié)果在未來研究中得到證實(shí)，那么rTMS能夠增強(qiáng)dlPFC對(duì)其他腦區(qū)進(jìn)行自上而下控制的能力，特別是杏仁核。
與fMRI結(jié)果一致，我們發(fā)現(xiàn)，在對(duì)左側(cè)dlPFC施加單一TMS脈沖后，健康對(duì)照被試左側(cè)杏仁核失活比抑郁被試更加明顯。患者杏仁核沒有失活，可能有幾種情境，包括特異表達(dá)的dlPFC-杏仁核耦合，由dlPFC控制的杏仁核激活高基線水平?jīng)]能有效降低，或是控制機(jī)制的轉(zhuǎn)換，如杏仁核從根本上被患者不同的腦區(qū)影響等。其他腦區(qū)也可能調(diào)節(jié)功能性連接，而這些腦區(qū)可能是解釋患者與健康對(duì)照差異的基礎(chǔ)。
一些研究認(rèn)為，重度抑郁（MDD）改變了dlPFC-杏仁核連接，而rTMS可使連接模式標(biāo)準(zhǔn)化，這與我們研究結(jié)果一致。前文已說明，rTMS可降低FPCN的超連接，并誘發(fā)更強(qiáng)的 dlPFC-DMN 負(fù)性連接。已有研究并未設(shè)置假性對(duì)照實(shí)驗(yàn)，所以很難將rTMS效果與偽刺激區(qū)分開來。這里我們發(fā)現(xiàn)了dlPFC-杏仁核連接改變?cè)谟行Ш蛡未碳?/span>rTMS中的區(qū)別。該療法增強(qiáng)了兩點(diǎn)間的負(fù)性連接。未來應(yīng)進(jìn)行更多的假性對(duì)照研究，以證實(shí)本研究結(jié)果，并探索認(rèn)知和情緒功能結(jié)果。我們無法重復(fù)已有實(shí)驗(yàn)，這表明，rTMS弱化了dlPFC和膝下扣帶回間的連接。
預(yù)測(cè)與追蹤rTMS的臨床反應(yīng)
不論以EEG為基礎(chǔ)的p30還是fMRI為基礎(chǔ)的整體連通指標(biāo)，均與HamD量表變化有關(guān)。在基線上具有更低dlPFC全腦功能連接的抑郁患者，在rTMS后改善程度更大。此外，fMRI全腦功能連接或p30抑制作用增強(qiáng)越多，臨床癥狀也得到更佳的改善。但是，這些相關(guān)關(guān)系僅在一小部分對(duì)rTMS反應(yīng)良好的患者身上體現(xiàn)。有趣的是，盡管基準(zhǔn)全腦功能連接預(yù)測(cè)了臨床反應(yīng)，基準(zhǔn)dlPFC-杏仁核連接卻沒有，這說明，有些臨床改善可能與其他腦區(qū)連接增強(qiáng)有關(guān)。另外，值得注意的是，rTMS組中具體的fMRI和TMS/EEG結(jié)果不相關(guān)，而有效刺激與偽刺激rTMS具有相似的臨床效果。這可能反映了偽刺激組的小樣本量，或是rTMS神經(jīng)生理效果并非直接與臨床效果相關(guān)。最后，本研究在主要組別*時(shí)間的腦功能分析中，呈現(xiàn)了中等水平的效果。因此，我們應(yīng)謹(jǐn)慎解讀分析結(jié)果，特別是那些關(guān)于大腦-臨床改善關(guān)系的個(gè)體間差異研究。未來需要大量本研究，來證實(shí)這些大腦-癥狀關(guān)系的外部效度，并探索假性對(duì)照組反應(yīng)的神經(jīng)基礎(chǔ)。為確定腦網(wǎng)絡(luò)異常連接的原因，還應(yīng)采用TMS/fMRI分別測(cè)量有效刺激vs偽刺激在治療前后的差異。
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