经颅诱发电位极少受外周肌肉收缩传入反馈的影响

时间:2026年10月26日
来源:Neuroscience Bulletin

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经颅磁刺激联合脑电图(TMS-EEG)用于研究皮层反应性,然而肌肉抽动产生的感觉反馈对记录信号的贡献仍存在争议。研究人员将初级运动皮层(M1)的TMS-EEG与肌电图、加速度计和外周电刺激相结合,以分离中枢和外周贡献。研究人员比较了产生大运动输出与小运动输出的

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经颅磁刺激联合脑电图(TMS-EEG)用于研究皮层反应性,然而肌肉抽动产生的感觉反馈对记录信号的贡献仍存在争议。研究人员将初级运动皮层(M1)的TMS-EEG与肌电图、加速度计和外周电刺激相结合,以分离中枢和外周贡献。研究人员比较了产生大运动输出与小运动输出的试验中的EEG反应,同时外周刺激分离了纯传入成分。贝叶斯分析显示,较大的运动输出与不同的EEG形态在所有时间窗口内均匀共变——包括那些早于外周反馈的时间窗口——表明基线运动皮层兴奋性的自发波动同时驱动这两种反应。相反,孤立的肌肉收缩产生了延迟(>65 ms)、明显较小的EEG反应,并具有不同的时空特征。研究人员得出结论:肌肉抽动的感觉反馈对TMS诱发的EEG反应贡献极小,这些反应反而主要反映受刺激皮层的基线兴奋性状态。
经颅磁刺激联合脑电图(TMS-EEG)是研究皮层反应性的重要工具,其中经颅诱发电位(TEP)可反映皮层兴奋性与连接性,但可能被TMS本身引起的听觉和躯体感觉输入污染。尽管听觉“咔哒”声的贡献已被广泛研究,躯体感觉输入——特别是外周肌肉收缩引发的传入反馈——对TEP的贡献仍存在争议。先前研究如Petrichella等人报道较大运动诱发电位(MEP)伴随P60增强,但60 ms的潜伏期在生理上不足以完成肌肉收缩的传出入回路;Fecchio等人虽发现较大MEP与局部平均场电位增加相关,但统计窗口过宽难以定位于具体TEP成分。此外,这些研究均无法区分MEP与TEP的共变究竟源于外周传入反馈还是中枢皮层兴奋性的共同波动。为直接检验外周肌肉收缩的传入反馈是否影响TEP,研究人员设计了本研究。

研究人员招募了16名健康右利手志愿者(8男8女,平均年龄29.9 ± 5.3岁,经爱丁堡利手量表评定,无神经精神疾病史和用药)。实验经罗马大学伦理委员会批准,所有受试者签署知情同意书。研究方法上,研究人员结合M1区TMS-EEG、表面肌电图(EMG)和三轴加速度计,并施加外周电刺激。通过恒定TMS强度下按MEP大小分类的试验比较TEP,以及直接电刺激第一骨间背侧肌(FDI)诱发与TMS产生的1 mV MEP相似的手指加速度,并与纯皮肤刺激对照,从而分离中枢与外周贡献。此外还设置了仅保留听觉输入的假刺激对照(Aud)以验证噪声掩蔽效果。数据分析采用基于时空聚类的置换检验和贝叶斯时空分析。

结果方面,在静息运动阈值(RMT)和1 mV强度下,TMS诱发的TEP包括典型的N15、P30、N45/P60、N100等成分。大MEP与小MEP试验的TEP比较显示,大MEP伴随TEP幅度的轻微整体增加,但置换检验未达显著;贝叶斯分析则显示两者在包括早于外周反馈的所有时间窗口均存在地形差异,且差异分布与TEP主峰地形一致,而非与分离的肌肉传入信号地形一致。这提示MEP大小和TEP形态的共变主要来源于刺激时基线运动皮层兴奋性的波动,而非外周再传入。另一方面,外周电刺激FDI和皮肤诱发的高幅反应主要在200 ms后出现,以顶点正电位为主,二者在头皮分布上高度相似。FDI减去皮肤(FDI-Skin)的信号分离出肌肉收缩特异性成分,表现为刺激后65 ms开始出现的中线正电位和对侧额区负电位,持续近200 ms。将该信号与TEP比较,发现二者在几乎所有时间窗口均有显著差异,且即使考虑传出延迟(将FDI-Skin信号前移22 ms)后,早期TEP成分仍与外周再传入显著不同。由于MEP潜伏期约22 ms,加上机电延迟约14 ms,外周反馈最早只能在TMS后约85–90 ms到达皮层,因此更早的TEP成分不可能受肌肉传入污染的直接影响。这些结果证实,肌肉收缩的感觉反馈虽可检测但幅度很小,不足以解释TEP。

讨论中,研究人员指出,TEP随MEP变化的现象与先前Fecchio等人的部分观察一致,但更支持皮层兴奋性共同波动的解释。Petrichella等人报告的P60增强在潜伏期上不能反映外周反馈,且肌梭放电时程宽泛,难以仅选择性影响P60。外周肌肉刺激产生的EEG信号可能主要源于本体感觉反馈,其潜伏期与既往研究手指运动诱发的本体感觉电位相近。研究结论为:由肌肉收缩引起的传入反馈是可检测的,但幅度有限,且不太可能显著影响TEP;TMS诱发的EEG反应主要反映受刺激皮层的基线兴奋性状态。这一结论对于超阈值刺激M1的TMS-EEG实验设计具有重要指导意义。

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