經(jīng)顱磁刺激技術(shù)是一種無(wú)痛、無(wú)創(chuàng)傷的綠色治療方法，磁場(chǎng)無(wú)創(chuàng)傷地透過(guò)皮膚、顱骨刺激到大腦神經(jīng)，它是利用脈沖磁場(chǎng)作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（主要是大腦），改變皮層神經(jīng)細(xì)胞的膜電位，使之產(chǎn)生感應(yīng)電流，影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)電活動(dòng)的刺激技術(shù)。該技術(shù)是在法拉第電磁感應(yīng)原理和神經(jīng)電生理學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型技術(shù)，基于電磁感應(yīng)與電磁轉(zhuǎn)換的原理，用刺激線圈中強(qiáng)大瞬變的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿透顱骨，動(dòng)態(tài)的磁場(chǎng)在顱內(nèi)導(dǎo)體中轉(zhuǎn)換為與刺激線圈電流方向相反的感應(yīng)電流，由這種內(nèi)生的感應(yīng)電流刺激神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生一系列的生理生化反應(yīng)。TMS其本質(zhì)是一種顱內(nèi)的感應(yīng)電刺激，TMS不用電極，不用直接接觸人體，使用時(shí)比電刺激更簡(jiǎn)便安全。實(shí)際應(yīng)用中并不局限于頭腦的刺激，外周神經(jīng)肌肉同樣可以刺激。
TMS技術(shù)作用機(jī)制
TMS刺激線圈的脈沖電流產(chǎn)生的瞬變磁場(chǎng)在顱內(nèi)的作用既有感應(yīng)電場(chǎng)的作用，又有感應(yīng)電流的作用。例如作用于細(xì)胞膜，細(xì)胞膜的脂質(zhì)部分相當(dāng)于開(kāi)路的電容性導(dǎo)體，會(huì)在脂質(zhì)膜兩端產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的感應(yīng)電場(chǎng)，在膜蛋白、膜通道部位是一種有電阻的導(dǎo)體，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流大小等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)除以膜電阻。不論是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)還是感應(yīng)電流都使膜內(nèi)外原來(lái)相對(duì)穩(wěn)定的靜息膜電位發(fā)生波動(dòng)，或者超極化或者去極化，因?yàn)楝F(xiàn)代TMS每一個(gè)脈沖電流都是一個(gè)雙向交變電流，引起顱內(nèi)雙向變化的電場(chǎng)，假設(shè)誘發(fā)的電動(dòng)勢(shì)先正后負(fù)，正電位可以引起去極化、負(fù)電位引起超極化，去極化可以觸發(fā)一次動(dòng)作電位，其后的超極化時(shí)引起動(dòng)作電位的鈉通道處于失活期，不影響動(dòng)作電位的產(chǎn)生。如果把圓形刺激線圈翻面等于讓電流方反向流動(dòng)，就能誘發(fā)先負(fù)后正電場(chǎng)，使膜電位先超極化然后再去極化，這種情況需要更大的刺激才能誘發(fā)動(dòng)作電位，這就是在同樣強(qiáng)度的輸出時(shí)線圈正反面有不同的刺激強(qiáng)度的原因。
TMS與常規(guī)電刺激的不同之處在于：常規(guī)電刺激必須要安放直接與人體接觸的兩個(gè)電極構(gòu)成等效串聯(lián)回路，同等大小的電流經(jīng)過(guò)頭皮、顱骨、硬腦膜、腦脊液、腦細(xì)胞再逆程流出皮膚回到另一電極，電刺激在串聯(lián)回路中的能量主要消耗在阻抗較大的組織上，過(guò)大的刺激能量使高阻抗的皮膚、骨膜產(chǎn)生疼痛，與電極接觸的皮膚會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)、過(guò)敏反應(yīng)、甚至灼傷等副作用，這些都限制了經(jīng)顱電刺激的使用。而TMS首先在刺激部位產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，頭皮、顱骨、硬腦膜、腦脊液、腦細(xì)胞在電場(chǎng)中等效于并聯(lián)狀態(tài)，人體所有組織對(duì)于磁場(chǎng)沒(méi)有衰減和屏蔽作用，感應(yīng)電場(chǎng)作用在頭皮、顱骨、硬腦膜這些高阻抗組織，只能流過(guò)很小的感應(yīng)電流，因此幾乎沒(méi)有刺激作用；大腦皮層、灰質(zhì)細(xì)胞周?chē)哪X脊液阻抗很小，感應(yīng)電場(chǎng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流較大，電流是影響細(xì)胞膜電位變化的主要原因，所以TMS對(duì)顱內(nèi)神經(jīng)元有選擇性刺激作用，而對(duì)皮膚顱骨容易引起疼痛的部位刺激影響不大，但磁刺激量過(guò)大也可以對(duì)分布在皮膚和骨膜的感覺(jué)神經(jīng)產(chǎn)生強(qiáng)刺激，一般磁刺激能夠引頭面部肌肉抽搐和輕微敲擊感，基本無(wú)痛或輕微可忍受的痛感。經(jīng)顱磁刺激通過(guò)顱內(nèi)感應(yīng)電流對(duì)皮質(zhì)神經(jīng)的刺激作用，宏觀上可以看到大腦神經(jīng)活動(dòng)的改變，如用肌電圖誘發(fā)電位儀可以檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位（Motor evoked potential，MEP）和肌肉的抽動(dòng)，腦電圖儀（EEG）可以檢測(cè)腦電活動(dòng)頻率、幅度及部位的變化，用PET、fMRI可以檢測(cè)到腦血流、代謝和大腦功能的變化，采用各種神經(jīng)精神科研究方法，可以檢測(cè)到大腦控制思維、情感、決策等行為變化。其微觀作用可以影響到細(xì)胞膜電位、動(dòng)作電位、神經(jīng)遞質(zhì)、受體、突觸、神經(jīng)可塑性等變化。
以前只認(rèn)為T(mén)MS是一種無(wú)創(chuàng)性刺激大腦的技術(shù)，現(xiàn)在認(rèn)為T(mén)MS不僅是一種刺激技術(shù)而且是一種大腦神經(jīng)功能的調(diào)制技術(shù)。特別是重復(fù)的經(jīng)顱磁刺激不僅在刺激時(shí)對(duì)神經(jīng)功能有在線調(diào)制作用，而且在刺激停止后也有明顯的離線調(diào)制功能，TMS刺激后，由刺激引起的變化，包括生化反應(yīng)、組織結(jié)構(gòu)和生理功能的改變可以保持一段時(shí)間。采取不同的刺激模式，刺激不同的大腦區(qū)域，調(diào)制刺激區(qū)域以及通過(guò)與之相連的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)隔區(qū)域神經(jīng)功能的興奮性。我們能夠根據(jù)病情和需要，利用TMS人為干預(yù)，直接改變突觸連接強(qiáng)度，雙向調(diào)節(jié)神經(jīng)功能的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)或長(zhǎng)時(shí)程抑制；從分子水平、突觸水平，細(xì)胞水平、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水平甚至大腦控制的行為學(xué)水平發(fā)揮神經(jīng)可塑性調(diào)節(jié)。
可能影響TMS作用的因素與作用機(jī)制
以前認(rèn)為T(mén)MS只能刺激淺層大腦皮質(zhì)，刺激范圍只有2cm2，深度僅有1.5cm～3cm，但皮質(zhì)的柱狀結(jié)構(gòu)中的局部聯(lián)系復(fù)雜，既有興奮性神經(jīng)又有抑制性神經(jīng)，有傳入、傳出神經(jīng)，又有各種反饋神經(jīng)，組成局部和功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，磁刺激不僅是刺激單個(gè)神經(jīng)元，而是刺激處的神經(jīng)元群體和與之相連的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)與PET、MRI、EEG的聯(lián)合使用，發(fā)現(xiàn)TMS不僅有局部皮質(zhì)的刺激作用，而且通過(guò)刺激區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接有遠(yuǎn)程作用，除了刺激運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)可以引發(fā)遠(yuǎn)端手足肌肉抽動(dòng)以外，大腦皮質(zhì)與深部核團(tuán)有廣泛雙向聯(lián)系，刺激額葉、頂葉、顳葉不同的皮質(zhì)區(qū)域還可以興奮大腦深部的神經(jīng)核團(tuán)，引起神經(jīng)遞質(zhì)、激素、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、血流量及代謝的變化，腦電波基礎(chǔ)活動(dòng)頻率、共振頻率的變化，通過(guò)多種機(jī)制調(diào)制大腦功能。
TMS的作用可能影響大腦皮質(zhì)產(chǎn)生可塑性現(xiàn)象。TMS是一種無(wú)創(chuàng)性刺激神經(jīng)的外因，必須通過(guò)大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的內(nèi)因而起作用。刺激強(qiáng)度可影響刺激部位的大小與刺激深度，TMS刺激深度可達(dá)1cm～3cm，如果用120%的運(yùn)動(dòng)閾值(motor threshold, MT）刺激，其深度一般為2厘米。普遍認(rèn)為T(mén)MS的作用機(jī)理是影響神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)信息的處理過(guò)程，包括神經(jīng)元的突觸興奮、突觸抑制和突觸的可塑性。突觸是神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行信息傳遞和神經(jīng)功能可塑性的基礎(chǔ)。突觸結(jié)構(gòu)與功能復(fù)雜，各種神經(jīng)遞質(zhì)攜帶信息經(jīng)過(guò)突觸整合后產(chǎn)生不同的效應(yīng)。突觸本身又具有活動(dòng)依賴(lài)性、狀態(tài)依賴(lài)性、頻率依賴(lài)性的可塑性變化特性，包括突觸前后結(jié)構(gòu)和功能改變、可塑性自身的變化。突觸結(jié)構(gòu)的可塑性表現(xiàn)為突觸面積、突觸形態(tài)、受體數(shù)量和密度的改變、突觸間隙的改變以及各種亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變等；突觸功能的可塑性表現(xiàn)為突觸傳遞功能的增強(qiáng)或減弱。突觸的可塑性與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、成熟、修復(fù)、學(xué)習(xí)、記憶等重要腦功能密切相關(guān)。一般在高頻刺激下可誘導(dǎo)突觸傳遞功能的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP），低頻刺激引起長(zhǎng)時(shí)程抑制（LTD)是突觸功能可塑性的重要表現(xiàn)形式，也是TMS采用不同的頻率影響神經(jīng)功能可塑性、治療各種不同疾病的主要方式。為什么刺激頻率不同會(huì)引起兩種截然不同的結(jié)果呢，是因?yàn)榇碳ゎl率的高低產(chǎn)生突觸后電位的時(shí)空總和效應(yīng)，通過(guò)興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，激活突觸后膜的離子通道，特別是改變突觸后細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度，誘發(fā)LTD的鈣濃度閾值低，產(chǎn)生LTP需要的鈣離子濃度高，鈣離子濃度控制著LTP/LDP的轉(zhuǎn)換?！坝眠M(jìn)廢退”是生物界發(fā)展的一條普遍規(guī)律，在神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)為活動(dòng)依賴(lài)性和頻率依賴(lài)性的調(diào)節(jié)突觸和樹(shù)突的可塑性。突觸后電位有時(shí)空總和性，一次刺激，一次興奮或者低頻刺激（小于1Hz）只能少量神經(jīng)遞質(zhì)釋放，少量Na+內(nèi)流，使膜電位輕度上升，不足以達(dá)到閾電位，不能產(chǎn)生動(dòng)作電位，加上細(xì)胞自身的穩(wěn)定機(jī)制，鈉鉀泵排除細(xì)胞內(nèi)的 Na+，使膜電位馬上恢復(fù)到靜息電位水平。只有高強(qiáng)度（引起更多的細(xì)胞興奮，產(chǎn)生空間效應(yīng)）高頻（產(chǎn)生時(shí)間效應(yīng)）刺激（也稱(chēng)為高頻強(qiáng)直刺激），經(jīng)過(guò)快速總和后才會(huì)使突觸后膜電位達(dá)到閾電位，引起動(dòng)作電位，產(chǎn)生信息的傳遞，才會(huì)使Ca2+流入細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行以后的功能調(diào)節(jié)。鈣離子是如何雙向調(diào)節(jié)神經(jīng)元的功能，具體的細(xì)節(jié)和機(jī)理是神經(jīng)科學(xué)中的熱門(mén)研究課題。
TMS從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)臨床應(yīng)用的20多年來(lái)，目前達(dá)到共識(shí)的是：高頻刺激可以在皮質(zhì)引起LTP樣的神經(jīng)興奮性增高，低頻刺激可引起皮質(zhì)LTD樣的興奮性降低。現(xiàn)在TMS的多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：刺激強(qiáng)度、頻率、刺激時(shí)間、間歇，脈沖數(shù)量等可編程組合成多種刺激模式，生成無(wú)窮的組合，靈活編制的刺激方案或治療處方可不斷優(yōu)化，給臨床的科研與治療創(chuàng)造了廣闊的空間。
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