单脉冲经颅磁刺激（TMS）诱发的腕伸肌肌电图（MEPs）在健康个体中的次数对训练期间及训练间歇期内可靠性的影响

《Journal of Neuroscience Methods》：The Effects of MEP Counts on Intra- and Intersession Reliability of Single-Pulse TMS-Induced MEPs in the Wrist Extensor Muscle of Healthy Individuals

本研究评估了肱桡肌运动诱发电位（MEP）的可靠性，发现振幅10次MEP即可达到优异的 intra-session 和 inter-session 可靠性，而潜伏期需要16次以上MEP块。性别显著影响MEP振幅（女性振幅低）和潜伏期（女性潜伏期短），但年龄和运动阈值影响不显著。该成果为ECR肌神经生理评估提供了标准化方法学参考。

　　### 解读：TMS诱发的运动诱发电位（MEP）在不同刺激块大小下的可靠性和个体因素影响

#### 引言：TMS与MEP的基本概念及重要性

近年来，经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）作为一种非侵入性的神经刺激技术，被广泛应用于神经科学和临床研究领域。TMS通过在大脑皮层施加电磁脉冲，能够激活初级运动皮层（Primary Motor Cortex, M1）中的神经元，从而引发对侧肌肉的收缩反应，这种反应即为运动诱发电位（Motor Evoked Potentials, MEPs）。MEPs的振幅和潜伏期是评估运动皮层兴奋性（Corticospinal Excitability, CSE）的重要指标。较高的MEP振幅通常意味着更强的CSE，而较低的振幅则可能反映神经兴奋性的降低。此外，MEP的潜伏期可以反映从M1到目标肌肉的传导时间变化，这有助于了解中枢和外周神经传导的动态。

在许多神经生理学研究中，CSE的评估需要在不同时间点进行重复测量，例如干预前、干预后以及后续的随访。这种重复测量的必要性在于，它可以帮助研究人员区分真实生理变化与由方法学误差引起的波动。然而，MEPs在个体之间的变异较大，这种内在的不稳定性可能会对研究结果的可信度造成影响。为了提高测量的可靠性，研究者提出通过平均多个MEPs来减少个体间的变异，从而获得更稳定的振幅估计。例如，Goldsworthy等人（2016）发现，平均20至30个MEPs比平均更少的试验次数能够提供更稳定和可靠的结果。然而，他们的研究主要集中在指深屈肌（Dorsal Interossei, FDI）上，这限制了其结论在其他肌肉中的适用性。

#### 研究背景与问题提出

本研究旨在解决一个长期存在的问题：在不同MEP块大小（10至25个MEPs）下，TMS诱发的MEP振幅和潜伏期的可靠性如何？特别是，研究者希望确定在评估ECR（伸肌腕部，Extensor Carpi Radialis）肌肉时，为了获得高可靠性，需要多少个MEPs的平均值。ECR肌肉在手腕伸展和粗大运动中起着关键作用，其功能受损常见于神经疾病，如中风。因此，准确评估ECR的MEP对于理解神经兴奋性变化至关重要。

尽管之前的研究表明，平均10个MEPs可以达到较高的可靠性，但这些研究多集中在其他肌肉上，且没有明确针对ECR。此外，某些研究中使用的刺激波形（如单相波）可能影响MEP的可靠性，而本研究采用的是双相波。因此，为了明确ECR的MEP在不同刺激块大小下的可靠性，以及是否存在其他个体因素（如年龄、性别和运动阈值）对其测量结果的影响，本研究设计了一项系统性实验。

#### 方法与实验设计

本研究招募了12名健康参与者，其中7名男性，5名女性，平均年龄为27.92岁。所有参与者均为右利手，没有使用可能影响CSE的药物，且没有神经或心理疾病史。研究得到了Monash大学伦理委员会的批准，并遵循赫尔辛基宣言。在第一阶段，参与者进行了两次TMS测试（T1和T2），间隔20分钟，以评估同一操作者在同一次实验中的可靠性。在第二阶段，参与者在至少48小时后进行第三次TMS测试（T3），以评估不同时间点之间的可靠性。

在每次测试中，使用70毫米的双极磁刺激线圈（Magstim Company Limited, UK），在确定的刺激点上施加单脉冲磁刺激。刺激点的选择基于通过确定鼻尖、枕骨、以及两个耳前点的中点来找到交点，随后在该点的前后左右各移动1厘米，以找到产生最大MEP振幅的刺激位置。刺激强度设定为运动阈值的120%，并在每个测试时间点（T1、T2和T3）记录25个MEPs，间隔6秒。选择6秒的间隔是为了减少连续刺激之间的相互影响，避免因较短的间隔（<5秒）可能带来的暂时性MEP振幅变化。

实验中使用表面肌电图（Surface Electromyography, EMG）记录MEP数据。在右上臂的ECR肌腹上放置两个2厘米间距的Ag/AgCl电极，同时在同侧尺骨鹰嘴放置接地电极。为了减少皮肤电阻，进行了标准的预处理，包括清洁和打磨。所有信号通过LabChart?软件记录，使用PowerLab的模拟-数字接口进行采集，经过10–500Hz的滤波和×1000倍的放大，采样频率为1000Hz。

为了评估MEP的可靠性，使用了组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient, ICC）和方差分析（ANOVA）以及Bland-Altman分析。ICC用于衡量同一操作者在不同时间点的重复测量之间的相关性，范围从0到1，数值越高表示相关性越强。研究者将ICC分为四个等级：差（<0.40）、一般（0.40–0.58）、好（0.59–0.75）和极好（>0.75）。Bland-Altman分析用于评估不同测量之间的差异和一致性，通过绘制测量值的平均值与差异值之间的关系图，可以直观地观察到不同刺激块大小下的测量稳定性。

#### 实验结果与分析

研究结果显示，对于MEP振幅，无论是在同一会话（T1 vs T2）还是不同会话（T1 vs T3和T2 vs T3）中，所有刺激块大小（10–25个MEPs）的ICC值均显示为极好，其中在25个MEPs时ICC值达到最高（0.964）。这意味着，即使使用较小的刺激块，MEP振幅的测量也具有很高的可靠性。随着刺激块大小的增加，ICC值逐渐上升，表明更多的MEPs可以进一步提高测量的一致性。

对于MEP潜伏期，研究发现10个MEPs就足以在会话内达到极好的可靠性（ICC≥0.785），但不同会话之间的可靠性则需要更大的刺激块。例如，在T1与T3之间，16个MEPs以上的刺激块显示出更高的ICC值（>0.75），表明在不同时间点进行测量时，潜伏期的可靠性随刺激块的增大而提高。此外，Bland-Altman分析显示，随着刺激块大小的增加，测量值的差异范围逐渐缩小，说明更多的MEPs有助于减少测量的变异性。

进一步的线性混合模型分析表明，年龄、性别和运动阈值对MEP振幅和潜伏期的影响较小。然而，性别对MEP的影响较为显著，女性的MEP振幅和潜伏期均低于男性。这可能与肢体长度或性别相关的神经生理差异有关，但这些变量未在本研究中被测量，因此无法进一步确认其具体影响。

#### 讨论与结论

本研究的结果表明，对于MEP振幅，使用10个MEPs即可获得高可靠性，而在不同会话之间进行测量时，MEP潜伏期的可靠性需要更多的刺激块。这一发现对于未来研究ECR的CSE评估具有重要意义。首先，它提供了针对ECR的MEP测量的标准化方法，有助于提高研究的可比性和可重复性。其次，它揭示了MEP潜伏期的测量需要更多的数据点，这可能与MEP的生成机制有关。例如，单相脉冲可能比双相脉冲在潜伏期测量中更加稳定，因为它们激活的是特定的神经元群体，而双相脉冲可能因激活多个神经元群体而导致更多的变异性。

此外，研究还发现，MEP的振幅和潜伏期在不同刺激块大小下的变化较小，说明即使使用较少的MEPs，也能获得较为稳定的结果。这与之前的研究一致，即在一定范围内，增加MEPs的数量可以提高测量的可靠性，但超过一定数量后，可靠性趋于稳定。因此，对于实验设计，使用10个MEPs的平均值可能已经足够，而潜伏期则需要至少16个MEPs来确保高可靠性。

然而，本研究也存在一些局限性。首先，仅测试了120%的运动阈值，这可能限制了结果在其他刺激强度下的适用性。其次，研究对象仅限于健康的年轻参与者，未能涵盖其他人群，如中风患者或老年人。此外，实验中未使用神经导航TMS，这可能影响刺激线圈的位置一致性，从而对结果产生一定干扰。

为了进一步优化MEP测量方法，未来的研究可以探索不同的刺激分布方式，例如比较使用较少MEPs但更高强度的刺激与较多MEPs但较低强度的刺激，以确定哪种方法在实验设置中更具可行性。此外，可以研究不同运动阈值对MEP振幅和潜伏期的影响，以及这些阈值是否能够解释群体间的差异。

#### 总结

综上所述，本研究首次系统地评估了ECR肌肉在不同MEP块大小下的可靠性，并揭示了MEP振幅和潜伏期在测量中的不同需求。对于MEP振幅，10个MEPs的平均值即可获得极好的可靠性，而MEP潜伏期则需要更多的刺激点。这些结果为未来研究ECR的CSE提供了重要的参考，有助于提高实验设计的效率和结果的可信度。此外，研究还指出了性别对MEP测量的影响，这可能与肢体长度或其他个体差异有关，但需要进一步的研究来确认。最后，研究者建议未来的研究应考虑不同的刺激策略，以更好地适应不同的实验需求和人群特征。