本文從設(shè)計和解釋心理學實驗的角度介紹了我們對TMS機制的理解現(xiàn)狀。討論了使用TMS進行行為研究的進展，總結(jié)了TMS在心理時間測量、感知、意識、學習和記憶方面的不同用途和挑戰(zhàn)，是經(jīng)顱磁在心理學上應用的經(jīng)典好文。

1 前言

第一波人類經(jīng)顱磁刺激(TMS)的行為研究，在試圖產(chǎn)生類似神經(jīng)心理學損傷效果和我們對這種方法的基本生理學的理解之間存在著脫節(jié)。由于運動誘發(fā)電位(MEP)的可靠性和可操作性，對運動皮質(zhì)的研究引領(lǐng)了生理學理解的進程。當心理學家試圖模仿神經(jīng)心理病人的癥狀，或者測試有關(guān)過程的時間或順序的理論時，我們必須嘗試將對TMS在初級運動皮層(M1)上的興奮和抑制作用的理解與自己的研究相結(jié)合，這并不容易。如果我們復制出一種臨床癥狀，比如語言缺陷、空間忽視、注意力受損，面容失認癥，或計算障礙，是否能夠證明受刺激區(qū)域是行為的關(guān)鍵區(qū)域，是否是由于電流傳播而無意中刺激了鄰近區(qū)域，或者是否是二次刺激了另一個解剖上相連的遠端區(qū)域？根據(jù)刺激部位的實驗對照、時間測定和任務(wù)的特殊性，有充分的依據(jù)來推斷解剖和生理效應，許多發(fā)現(xiàn)很有趣，而且在神經(jīng)心理學意義上具有表面效度，但要從神經(jīng)意義上解釋這些效果是非常困難的。

問題是，M1以外的大多數(shù)腦區(qū)沒有提供類似于MEP的可衡量的指標。有人把第一波TMS認知研究稱為“點擊式時代（point-and-shoot era）”，即確定一個假定的神經(jīng)心理學感興趣區(qū)，對其進行刺激，目的是擾亂與其相關(guān)的功能。我們發(fā)現(xiàn)了許多有趣的和可復制的效應，盡管時間有限，但它們?nèi)匀淮嬖谇冶欢啻窝芯?/span>，但缺乏可信的機制解釋限制了這些發(fā)現(xiàn)的影響。

為了使行為TMS的發(fā)現(xiàn)具有生理學證據(jù)，我們提出了三種機制。第一個是TMS對認知功能的影響是由神經(jīng)噪音引起的，TMS導致了刺激區(qū)無組織的活動，阻止其正常功能的發(fā)揮。第二是相互競爭，TMS抑制了神經(jīng)活動，即通過減少信號而不是增加噪音。第三，Schwarzkopf認為行為增強和損傷是因為TMS誘導了隨機共振效應。然而，這些建議仍然是未經(jīng)檢驗的假設(shè)。 

2 TMS與心理學新時代的五大因素

該領(lǐng)域的成熟基于五大支柱的進步：

第一個是TMS引起的生理機制和行為變化之間的聯(lián)系。我們重點介紹了TMS和非人靈長類動物的單細胞記錄的工作；

第二個是使用TMS和腦成像來理解人類認知網(wǎng)絡(luò)；

第三個是從運動系統(tǒng)中的峰時依賴可塑性(STDP)研究中采用和發(fā)展配對關(guān)聯(lián)刺激(PAS)，以及認知研究中雙線圈皮質(zhì)-皮質(zhì)PAS(ccPAS)。

第四個是狀態(tài)依賴，與TMS實驗制定、執(zhí)行和解釋息息相關(guān)；

最后一個是行為，使用TMS來提高對心理功能的理解，并測試認知過程理論。 

3 生理和行為

在介紹TMS時，最常收到的問題是，您如何知道它在做什么？它的傳播距離有多遠？它還會中斷網(wǎng)絡(luò)的其他哪些部分？在神經(jīng)元水平上發(fā)生了什么？效果會持續(xù)多久？如果我們考慮TMS的單個脈沖，我們現(xiàn)在就可以對這些問題做出良好的回應。

傳播始終是一個推論性問題，其依據(jù)是，如果線圈移動幾毫米或旋轉(zhuǎn)到不同的角度，MEPs或行為效應將會減弱或消失。模擬TMS的傳播過程是困難的，因為腦脊液和白質(zhì)/灰質(zhì)具有不同的傳導性，當然模型也不涉及行為狀態(tài)。

闡明這些問題所需的方法是直接的生理記錄。最初，這些記錄是在麻醉狀態(tài)中進行的。從這些研究中，我們了解到TMS在兩個階段具有特定的興奮或抑制效應(即抑制之后是更長的興奮時間)；成對脈沖TMS在M1中的效應反映在視覺皮層的誘發(fā)電位活動中，并且TMS誘發(fā)電位活動是狀態(tài)依賴的(與刺激前的神經(jīng)元活動水平有關(guān))。但要想在生理和行為之間建立聯(lián)系，需要對清醒的、行為正常的猴子進行記錄。Ortuno刺激執(zhí)行視覺檢測任務(wù)的猴子的初級視覺皮層(V1)，并記錄外側(cè)膝狀核(LGN)的活動，TMS誘導的LGN活動變化證明了次要位置的活動受到影響，其影響是狀態(tài)依賴的。

最全和最新的進展來自非人靈長類動物的單細胞記錄，在視覺線索提示下的伸展、抓取、舉起和保持任務(wù)訓練中記錄數(shù)據(jù)。在一些試驗中，猴子的PFG上接受了運動閾值(MT)60%或120%的單脈沖TMS。記錄取自在任務(wù)中使用手的對側(cè)的下頂葉PFG的500多個細胞活動，作為TMS強度、刺激線圈的距離和任務(wù)相關(guān)性的函數(shù)進行分析(圖1)。在MT為120%時，TMS對單個神經(jīng)元有明顯影響。TMS脈沖會產(chǎn)生偽跡，所以實驗分析了脈沖后10ms的活動。TMS的主要作用是在前50ms誘發(fā)一連串動作電位。在與任務(wù)無關(guān)的神經(jīng)元中，這與傳遞TMS的任務(wù)階段(即提示、舉起、抓取、保持)無關(guān)。在其他神經(jīng)元，早期興奮之后是一段抑制期，在少數(shù)神經(jīng)元中，第三階段的興奮可以持續(xù)長達250ms(平均小于100ms)。對線圈距離的分析和與相鄰神經(jīng)元的比較表明，TMS的影響僅限于2-3 mm。在MT的60%時，TMS幾乎沒有生理效應。

圖1 TMS對獼猴頂葉皮質(zhì)區(qū)單個神經(jīng)元的影響

注釋：(a)猴頭部和TMS線圈的3D模型，顯示記錄電極的接近角度。

(b)在伸手抓握任務(wù)期間，當運動閾值(MT)為120%時，單細胞對TMS的反應。無論是在任務(wù)開始時(灰色符號)還是在到達期(黑色符號)施加TMS，刺激均在約10至40 ms之間誘發(fā)一波活動(紅色曲線)。在非TMS試驗中，活動無變化(黑色曲線)。光柵圖舉例說明了響應的一致性。

(c)另一類反應是抑制-興奮-抑制。該神經(jīng)元的反應顯示與b組中的細胞相同的初始興奮性爆發(fā)。當在任務(wù)開始時應用TMS(灰色符號和插圖光柵圖)時，有三個活動階段:興奮(0–40 ms)、抑制(40–100 ms)和興奮(100 ms+)。在某些細胞中，較長的活性維持期可延長至300 ms。黑色曲線顯示了非TMS試驗中神經(jīng)元的活性。(d)兩只猴的記錄位點網(wǎng)格，顯示記錄的空間特異性。

(e，f)該圖顯示了在TMS線圈中心(中心)、1 mm前部/后部(+1A，+1P)和1或2 mm中部以下的五個記錄位點的平均細胞應答率(+1M，+2M)。這些圖表顯示了在120% MT下對TMS刺激的反應(綠色曲線)、在60% MT下對TMS的反應(紫色曲線)以及沒有TMS刺激時的反應(灰色曲線)。

這項實驗的最后一個發(fā)現(xiàn)是單脈沖TMS也在刺激區(qū)的中心和外圍誘導了低頻振蕩的增加。這些振蕩是TMS的誘發(fā)電位和長時程增強效應的因素，大多在δ和較低的θ范圍。在腦電研究中，這種振蕩沒那么顯著。然而，單細胞反應和腦電的空間和時間尺度不同。單細胞水平上的相對局部低頻振蕩與腦電、腦磁圖(MEG)中頻率變化較大的全局頻率之間的關(guān)系是今后研究的一個方向。

從心理學的角度來看，也許最有趣的發(fā)現(xiàn)是，在一些神經(jīng)元中，第一階段記錄的瞬時脈沖和第二階段活動的減少與抓取任務(wù)表現(xiàn)受損的情況一致。已知PFG中的神經(jīng)元參與行動目標選擇和抓取行為。這是迄今為止將TMS誘導的神經(jīng)活動變化與對行為的影響直接聯(lián)系起來的最強有力的證據(jù)。

Romero也開始評估持續(xù)θ脈沖刺激(cTBS)對單細胞反應的影響。他們測量了300次cTBS脈沖后的反應，發(fā)現(xiàn)PFG區(qū)的大多數(shù)細胞活動明顯減少。反應分為三組：早期組，47%的細胞在cTBS后的前5分鐘受到影響；后一組，44%的細胞在cTBS后5-30分鐘表現(xiàn)出抑制效應；以及非常晚的一組剩余細胞，在cTBS后30分鐘以上興奮性降低。這些結(jié)果表明，θ脈沖刺激雖然基于動物研究并廣泛應用于行為研究，但并不具有單一的效應，這一點在解釋行為研究時必須加以考慮。

這些發(fā)現(xiàn)是我們理解TMS生理效應的一個里程碑，至少為回答有關(guān)局部擴散、與任務(wù)相關(guān)的細胞相互作用以及效應持續(xù)時間提供了起點，還有助于解釋神經(jīng)噪聲、信號減少和隨機共振等機制。早期和晚期的興奮性反應(圖1)對應于噪音效應，減少響應的第二階段正好是信號減少假說所預測的。振蕩階段，與早期脈沖和抑制階段不同，發(fā)生在閾下刺激，這與隨機共振描述是一致的。 

4 功能解剖網(wǎng)絡(luò)

TMS與功能磁共振成像的結(jié)合使我們能夠在整個大腦中描繪出神經(jīng)損傷的遠程影響。這種方法的價值有三個方面。首先，它使我們能夠描繪TMS的次要影響。其次，任何復雜的人類行為都是通過分布式腦網(wǎng)絡(luò)進行計算的，將TMS與功能磁共振成像相結(jié)合，可以繪制出這些網(wǎng)絡(luò)的范圍和功能，以及因果關(guān)系。第三，存在無法直接用TMS刺激的皮質(zhì)和皮質(zhì)下區(qū)域；但是，TMS-fMRI聯(lián)合研究表明，刺激側(cè)面腦區(qū)可以調(diào)節(jié)偏遠區(qū)域的神經(jīng)反應，包括海馬旁回和杏仁核。

研究額葉是如何自上而下地控制視覺感知和決策的，這是一個經(jīng)證實非常有用的TMS-fMRI研究。在視覺辨別任務(wù)中額葉參與自上而下控制，在對額葉眼動區(qū)（FEF）進行TMS刺激的同時記錄fMRI數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)刺激右側(cè)FEF，V1至V4區(qū)域中央視野的視網(wǎng)膜視覺拓撲表征的活動降低，外圍視野的表征增加。一項后續(xù)的TMS研究證實了這些結(jié)果的行為學相關(guān)性，證明了TMS刺激FEF，增強了外圍視覺刺激相對于中心視覺刺激的感知對比度。

TMS-fMRI聯(lián)合研究在研究其他認知網(wǎng)絡(luò)方面也是非常有價值的。之前令人困擾的問題，即行為影響是否源于二次刺激，變得容易解決。人臉感知網(wǎng)絡(luò)就是一個很好的例子。研究表明，不同的腦區(qū)優(yōu)先代表不同的面部特征，如情緒、身份、注意點和社交線索。TMS-fMRI可以系統(tǒng)地干擾這些腦區(qū)，并檢查網(wǎng)絡(luò)連接的因果關(guān)系。Pitcher使用這種方法來區(qū)分處理動態(tài)和靜態(tài)面部特征的皮層通路。通過θ脈沖 (TBS) 刺激右側(cè)枕葉人臉處理區(qū)(rOFA)或右側(cè)顳后上溝(rpSTS)。與現(xiàn)有的人臉處理模型相反，研究發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)面部特征(如身份)和動態(tài)面部特征(如表情)是通過從早期視覺皮層開始的分離的皮層通路進行處理的。

像OFA和pSTS這樣的腦區(qū)可以被直接刺激，人臉感知網(wǎng)絡(luò)的其他部分，如杏仁核，不能直接成為TMS的目標，但可以通過二次刺激的網(wǎng)絡(luò)來探究。非人靈長類的神經(jīng)解剖學研究確定了一條從STS到杏仁核的皮質(zhì)通路。Pitcher將離線TBS和功能磁共振成像結(jié)合起來，被試在觀看面部和物體視頻時進行掃描，通過對rpSTS進行TBS刺激，右側(cè)杏仁核對面部視頻的神經(jīng)反應減少，這一結(jié)果與非人靈長類數(shù)據(jù)一致(圖2)。

圖2五5個ROI在cTBS前后動態(tài)面部、身體和物體刺激的信號變化

進一步可以使用TMS-fMRI在沒有任務(wù)要求的情況下觀察認知網(wǎng)絡(luò)。Handwerker結(jié)合TMS和靜息態(tài)功能磁共振成像(rsfMRI)，繪制了整個人臉感知網(wǎng)絡(luò)被短暫破壞的遠程影響。與控制組相比，在rpSTS施加TBS刺激，靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接減少，不僅在rpSTS和其他面部選擇區(qū)之間觀察到，而且在大腦腹側(cè)、內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面觀察到(如，右側(cè)杏仁核和雙側(cè)梭狀回和枕葉人臉處理區(qū))。在沒有任務(wù)需求的情況下觀察網(wǎng)絡(luò)完整性，使TMS-rsfMRI具有臨床價值，因為被試在掃描儀中完成任務(wù)很困難。例如，TBS結(jié)合rsfMRI已被用于研究衰老，視覺空間忽視、小腦連接和抑郁癥。

結(jié)合rsfMRI和TMS也可以用來測量刺激如何改善解剖網(wǎng)絡(luò)中的功能連通性。Wang研究了參與聯(lián)想記憶的皮層-海馬大腦網(wǎng)絡(luò)，使用rsfMRI確定左側(cè)海馬和左側(cè)頂葉之間的功能連接。連續(xù)5天在左側(cè)頂葉部位持續(xù)高頻TMS(20 Hz)刺激20分鐘。與假刺激相比，TMS增加了刺激部位和左側(cè)海馬之間的功能連接，伴隨著聯(lián)想記憶任務(wù)中行為表現(xiàn)的改善。

5 峰時依賴可塑性

TMS效應的基本生理學和TMS與fMRI相結(jié)合所揭示的網(wǎng)絡(luò)反應，證實了心理學實驗中關(guān)于TMS的重要推論。使用兩個線圈刺激大腦皮層的研究，在生理和行為學上也取得了很大進展，即STDP(峰時依賴可塑性)，指的是突觸前和突觸后活動隨時間的變化。這一Hebbian機制已經(jīng)在小動物上進行了研究，神經(jīng)藥理學研究揭示了N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)和谷氨酸在誘導長時程增強中的作用以及GABA突觸在抑制中的作用，具有顯著的時間特異性。Hebbian學習模型是，重復成對刺激一個腦區(qū)(條件脈沖)，幾毫秒后再刺激第二個腦區(qū)(測試脈沖)，提高了兩個部位之間的突觸效率，使得第二個腦區(qū)更容易接受來自第一個腦區(qū)的輸入。在人體中，使用TMS對運動系統(tǒng)的研究表明，使用外周神經(jīng)刺激與皮質(zhì)TMS脈沖配對的PAS，如果這兩個刺激相差幾毫秒的時間窗，可以誘導MEPs變化。刺激正中神經(jīng)(MN)10ms后，在M1施加TMS刺激降低了隨后的MEP，而25ms的MN-M1間隔增加了MEP。Rizzo稱之為ccPAS（皮質(zhì)-皮質(zhì)PAS），我們使用這個術(shù)語來指代所有關(guān)于可塑性的雙皮質(zhì)刺激研究。在右手(左半球) 和左手(右半球)的M1上以0.05 Hz施加TMS脈沖30min，兩個半球之間的延遲為8毫秒。為每個被試設(shè)置刺激強度，范圍在靜息運動閾值的115%到125%之間。生理效應是增加右半球手部表征的MEP，降低大腦半球間抑制(IHI)。通過在左右M1上施加35-45毫秒的長延遲的單個脈沖來測量IHI，這些脈沖會抑制MEP。在行為學上，ccPAS加快了左食指(右半球)的反應時間長達30分鐘。

ccPAS(皮質(zhì)-皮質(zhì)配對關(guān)聯(lián)刺激）的M1效應似乎是穩(wěn)健的和可復制的。Buch在被試完成伸展和抓握任務(wù)時，在腹側(cè)運動前區(qū)(PMv)施加TMS以調(diào)節(jié)M1。持續(xù)至少一個小時的STDP(峰時依賴可塑性)效應是狀態(tài)依賴的，因為當被試執(zhí)行任務(wù)時，PMv上施加TMS誘導了M1的興奮，但靜息態(tài)時，PMv上施加TMS抑制了M1的活動。然而，這對任務(wù)本身的表現(xiàn)沒有影響。Chao在后頂葉皮質(zhì)(PPC)上施加TMS后8毫秒調(diào)節(jié)M1，獲得了M1興奮性的變化。他們發(fā)現(xiàn)STDP對MEP的影響持續(xù)了一個多小時，但對任務(wù)沒有影響。Johnen使用ccPAS探究了在PMv和M1之間誘導更強的連接，是否會轉(zhuǎn)化為在被試執(zhí)行伸展抓取任務(wù)時通過fMRI測量的功能連接的增加，發(fā)現(xiàn)ccPAS在任務(wù)執(zhí)行期間增加了兩個腦區(qū)之間的連接強度，而沒有增加靜息態(tài)的連接。隨后的分析表明，PMv-M1的ccPAS對感覺運動網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點之間的相互作用具有特定的影響。PMv與AIP之間的功能連接增強，而背側(cè)運動前區(qū)(PMd)與M1、PMd與后頂上小葉(pSPL)之間的功能連接降低。對行為學沒有影響。

Santarnecchi還研究了ccPAS(皮質(zhì)-皮質(zhì)配對關(guān)聯(lián)刺激）如何改變腦網(wǎng)絡(luò)活動(圖3)。他們將ccPAS應用于默認網(wǎng)絡(luò)(DMN)的頂葉和任務(wù)積極網(wǎng)絡(luò)(TPN)的前額葉。根據(jù)fMRI研究，這兩個腦區(qū)在各自網(wǎng)絡(luò)中的連接強度是負值。根據(jù)先前對額頂網(wǎng)絡(luò)的STDP(峰時依賴可塑性)研究，采用三種時間條件：DMN/TPN ISI +10ms，DMN/TPN ISI -10ms，DMN/TPN ISI=0ms。在15分鐘內(nèi)以0.2 Hz的頻率施加成對的脈沖。他們沒有測量運動皮層中的STDP，而是研究當因變量為BOLD信號時，認知網(wǎng)絡(luò)的不同部分對TMS脈沖有何反應。兩個發(fā)現(xiàn)是：(a)當DMN脈沖先于TPN脈沖10ms時，兩個腦區(qū)的負連接性發(fā)生了明顯的變化，以及(b)在三分之一的被試中，連接變?yōu)檎?圖3)。其影響也是依賴于狀態(tài)，也沒有任何行為學影響的報道。

圖3 ccPAS對左角回和左額葉之間的功能連接強度的影響

我們對ccPAS(皮質(zhì)-皮質(zhì)配對關(guān)聯(lián)刺激）感興趣，是希望STDP(峰時依賴可塑性)在臨床上應用，在Rizzo之后的研究，盡管STDP發(fā)生了顯著的生理變化，但大多數(shù)研究要么沒有測量，要么沒有看到STDP帶來的行為變化。Kohl嘗試將ccPAS誘導的STDP的生理與行為相匹配。他雙向刺激了下額葉(IFC)和前SMA。他們假設(shè)在IFC之前4或10ms刺激前SMA，會抑制丘腦底核(STN)并干擾行為任務(wù)，而在刺激前SMA之前 4或10ms刺激IFC會促進STN和任務(wù)執(zhí)行。他們以0.2 Hz的頻率施加了100對ccPAS脈沖。他們給被試的兩個任務(wù)是停止信號反應時間(SSRT)任務(wù)和時間折扣任務(wù)。雖然他們報告了對SSRT的一些影響，但沒有發(fā)現(xiàn)對延遲折扣任務(wù)的影響。這一領(lǐng)域的挑戰(zhàn)是建立生理上STDP效應(通過MEPs或fMRI測量)和行為之間的聯(lián)系。

Veniero誘導了長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)的STDP(峰時依賴可塑性)，并測定其對誘發(fā)電位的影響。通過以5毫秒的ISI在8分鐘內(nèi)用100個脈沖對刺激PPC和M1來誘導雙向STDP。當ccPAS對MEP有抑制作用時，PPC和M1之間的β相干性增強。當ccPAS誘發(fā)MEP的興奮時，兩個區(qū)域之間的α相干性增加。Veniero使用的范式，與結(jié)合TMS-EEG在視覺、注意和意識方面的工作是一致的，值得推廣。

另一個問題是產(chǎn)生行為效應。Momi使用ccPAS同步刺激左額頂網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點。用2 Hz、ISI為10ms的脈沖對雙向施加ccPAS，時間為15分鐘。經(jīng)過5周的重復刺激和行為測試，觀察到STDP和方向性行為改變的跡象。額-頂葉ccPAS與關(guān)系推理的改善有關(guān)，而頂-額葉ccPAS與邏輯推理任務(wù)的改善有關(guān)。這是一個罕見的ccPAS(皮質(zhì)-皮質(zhì)配對關(guān)聯(lián)刺激）產(chǎn)生復雜行為變化的例子。

 

6 狀態(tài)依賴關(guān)系

從某種意義上說，所有的TMS研究都是基于狀態(tài)依賴的。感知和認知實驗中的狀態(tài)依賴方法主要歸功于Juha Silvanto的努力。TMS的作用取決于被刺激的腦組織的當前興奮狀態(tài)。然而，在認知實驗中，背外側(cè)前額葉皮質(zhì)(DLPC)、PPC、FEF、OFA等的當前狀態(tài)，沒有諸如MEP的直接測量指標。Silvanto的主要貢獻是利用心理實驗中的狀態(tài)依賴來提高TMS的功能分辨率。

Silvanto利用適應性來影響被刺激區(qū)域的初始狀態(tài)。他的第一項研究可以作為認知依賴狀態(tài)的TMS模型。被試適應顏色/方位刺激30秒，并報告測試刺激的顏色。在呈現(xiàn)測試刺激后的不同時間給予TMS。在非TMS試驗中，被試觀看適應刺激的補色，但在視覺區(qū)施加TMS誘導了對原始的適應刺激顏色的偏向。

該方法現(xiàn)已廣泛應用于心理意象的研究，短期記憶、字母選擇、抽象、動作觀察和語義處理。Cattaneo的研究觀察到了在視覺或語言區(qū)之外施加TMS產(chǎn)生的命名效應。他們測試了TMS對左側(cè)PMv，工具詞編碼中類別特異性神經(jīng)元表征的影響。給被試呈現(xiàn)一個初始類別名稱(“工具”或“動物”)，以使PMv適應一個或另一個類別的對象，然后當目標詞與初始類別一致或不一致時施加TMS，初始效應消失了。狀態(tài)依賴的TMS的另一個例子來自對動作識別的研究。Mazzoni使被試適應情感運動的點光顯示。他們在點光源顯示開始時，在前頂內(nèi)溝(aIPS)、pSTS或枕極上施加重復TMS(rTMS)。只有在aIPS上施加TMS，才能影響被試對快樂或恐懼運動的識別。

我們可以把STDP和依賴于狀態(tài)的TMS這兩個最新進展結(jié)合起來。有三項研究可以作為狀態(tài)依賴和ccPAS如何結(jié)合使用的例子。第一個使用三個線圈ccPAS刺激雙邊M1和SMA。它們誘導了雙向和時空特異性STDP，當SMA-M1間隔6ms時MEP增強，而M1-SMA間隔15ms時MEP降低。為了使這些聯(lián)系發(fā)生，左M1和右M1必須同時受到刺激。第二項研究，Romei在V5和V1施加TMS，以0.1 Hz的頻率傳送90對ISI為20ms的刺激，改善了被試在運動一致性任務(wù)中的表現(xiàn)。后續(xù)研究中，Chiappini表明這種強化效應取決于狀態(tài)(圖4)。

一類特殊的實驗使用雙線圈刺激來探測腦區(qū)之間的相互作用。Hartwigsen實驗室的研究人員稱它們?yōu)?/span>條件干擾實驗，并展示了它們在動作編程和語義決策方面的作用。Hartwigsen在被試執(zhí)行空間預先提示的反應時間任務(wù)之前，使用兩個線圈在PMd上施加1 Hz離線TMS。任務(wù)中，在顳上回(SMG)上施加10 Hz在線rTMS。這兩個腦區(qū)的聯(lián)合刺激使無效線索試驗時反應時間減慢，但單獨刺激SMG不會產(chǎn)生減慢。他們將其擴展到不同形式的離線刺激和不同的行為領(lǐng)域。在被試執(zhí)行語音或語義決定任務(wù)時，在SMG或角回上施加cTBS作為離線刺激，在線條件下在前額葉或后側(cè)下額葉(IFG)上施加10 Hz刺激。離線角回和在線aIFG刺激使語義判斷任務(wù)的RT減慢。 

7 行為發(fā)現(xiàn)

視覺意識一直是許多TMS研究的主題。Allen使用離線cTBS再現(xiàn)了失明效果。θ刺激可能不會在單個部位產(chǎn)生單一效應。通過將cTBS與磁共振波譜(MRS)和MEG相結(jié)合，Allen的研究表明，盡管cTBS降低了皮層活性，增加了GABA濃度，但意識閾值降低了，而不是像預測的那樣提高了。效應在cTBS后0到48分鐘內(nèi)是穩(wěn)定的。他們提供了一個很好的例子，說明了生理抑制性TMS是如何導致行為增強的。同一研究小組還使用腦磁圖作為使用TMS的計時指南，以測試前SMA和IFC在反應抑制中的作用。

離線刺激后行為改善的一個例子表明，使用心理物理任務(wù)可以幫助解釋生理機制。V5上施加TMS通常被用來干擾運動知覺，但由于其較大的感受野，該區(qū)域也涉及到空間抑制。Tadin在V5或后枕葉上施加1 Hz的TMS 15min，同時被試執(zhí)行運動辨別任務(wù)，造成的抑制中斷導致了運動辨別任務(wù)的改善。

頂葉的注意功能長期以來一直是TMS研究的焦點。Rangelov探究了前饋視皮層輸入對注意力捕獲是否必要。他們繞過了視靜脈輸入，將TMS作為有效和無效的信號來誘發(fā)光幻視。與真實的視覺刺激相比，產(chǎn)生了相似的效果，盡管略弱，但繞過解剖通路的范式可以推廣至TMS-fMRI、TMS-EEG和狀態(tài)依賴實驗。Herring的研究表明，單脈沖TMS誘導的視覺系統(tǒng)振蕩活動與內(nèi)源性振蕩具有相同的神經(jīng)起源和特征。他們測量了被試在跨模態(tài)注意任務(wù)中的經(jīng)顱誘發(fā)電位(TEP)和腦電圖α反應。在視覺注意條件下，TMS增強了TEP(N40)的一個早期成分，而α功率降低。

頂葉除了注意力還涉及其他功能。Vesia基于非人靈長類動物的單細胞研究解析了頂葉的功能特異性(圖5)。他們在上頂葉枕區(qū)(SPOC)和頂內(nèi)溝的兩個位置(頂內(nèi)溝和角回)施加了三個10 Hz的TMS脈沖。被試執(zhí)行延遲的空間掃視或到達任務(wù)，rTMS在延遲期內(nèi)施加。頂內(nèi)溝和角回上的TMS增加了到達反應的變異性，對對側(cè)目標的到達和掃視準確性降低。在SPOC上施加TMS使到達任務(wù)的準確性降低，但不影響掃視。

在記憶領(lǐng)域，TMS的研究范圍從啟動記憶到工作記憶、情景記憶、元記憶和陳述性記憶。傳統(tǒng)意義上，記憶與海馬和額葉有關(guān)，但TMS的研究也發(fā)現(xiàn)了枕葉的記憶功能。Hilbert研究數(shù)字廣度的工作記憶時發(fā)現(xiàn)，在任務(wù)開始前，對枕極施加近10分鐘的1Hz的TMS會損害被試的記憶表現(xiàn)。幾項TMS研究發(fā)現(xiàn)感覺皮層在工作記憶中的作用，例如在V5上施加在線rTMS。Van Lamsweerde用單脈沖TMS在枕葉上可以擾亂被試能記住的項目數(shù)，可能是干擾了工作記憶的鞏固。他們還肯定了在研究記憶的某些方面時考慮感覺皮層刺激表征的重要性。

在情景記憶領(lǐng)域，一系列研究使用rTMS、rsfMRI、fMRI和EEG來區(qū)分不同的記憶路徑，并在24小時內(nèi)增強情景記憶。第一個實驗在面孔-單詞聯(lián)想記憶任務(wù)中改善行為。一項結(jié)合TMS和EEG的隨訪研究復制了這一發(fā)現(xiàn)，使用了物體位置記憶任務(wù)。TMS提高了空間精確度，但不是整體精確度，還引起了電生理測量的變化。成功回憶試驗的θ-α范圍的功率降低，TMS刺激后回憶相關(guān)事件的事件相關(guān)活動電位的幅度也降低了。還有研究使用功能磁共振成像測量了TMS對記憶形成的影響。通過三項功能指標和三項不同的記憶任務(wù)發(fā)現(xiàn)，在后側(cè)皮質(zhì)-海馬網(wǎng)絡(luò)施加rTMS選擇性地改善了記憶，并改變了整個網(wǎng)絡(luò)的活動模式。 

8 TMS對行為影響的機制是通用的？

在狀態(tài)依賴實驗中，我們看到TMS激活了適應性的神經(jīng)元群體，優(yōu)先激活當前任務(wù)相關(guān)的神經(jīng)元群體。因此，在物理參數(shù)空間、時間、相關(guān)性和意識狀態(tài)之間，有一個共同的特點，即TMS優(yōu)先刺激弱激活的群體。我們首先強調(diào)了更好地理解TMS生理學的必要性，但這些行為實驗為未來的生理記錄提出了新的問題。如果像過去一樣，我們被問到如何知道TMS在做什么，我們可以把這個問題返回給有心理背景的電生理學家，然后問，心理狀態(tài)對生理反應有什么影響？了解TMS的生理效應和被刺激的大腦的生理狀態(tài)之間的雙向相互作用是下一階段進展的先決條件。 

9 總結(jié)

本文作者認為，我們對過去10-12年的進步可能過于樂觀，但諸如單細胞記錄、STDP、狀態(tài)依賴、解剖可靠性、MEP、光幻視和網(wǎng)絡(luò)效應等研究仍是有參考價值的?，F(xiàn)有研究已經(jīng)在技術(shù)上、概念上、和經(jīng)驗上取得了進展。但是，與純粹的行為實驗相比，將TMS與各種方法(fMRI、EEG、MEG、MRS、眼動、MEP等)相結(jié)合，樣本量往往很小。而且使用兩個線圈并不容易，且沒有報告效應量大小，很少有預先注冊的研究。所有這些都是弱點且是可以改進的：報告無效結(jié)果，考慮實驗的預注冊，充分報告刺激方法，采用和改編來自其他研究領(lǐng)域的開放數(shù)據(jù)實驗。我們鼓勵所有作者和審稿人參與提高該領(lǐng)域的整體研究質(zhì)量。

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