iTBS诱导前额叶兴奋性的预测价值探索：同步TBS/fNIRS研究揭示工作记忆表现的新见解

《Scientific Reports》：Exploring the predictive power of iTBS induced prefrontal excitability using concurrent TBS/fNIRS

本研究针对单次间歇性θ脉冲刺激(iTBS)对背外侧前额叶皮层(DLPFC)功能影响的不确定性，采用同步iTBS/功能性近红外光谱(fNIRS)技术，探讨iTBS诱导的DLPFC兴奋性对工作记忆表现的预测能力。研究发现，虽然主动iTBS能引起显著的即时血流动力学变化（HbO降低），但并未改善工作记忆表现，且iTBS诱导的前额叶兴奋性不能预测后续认知表现。该研究为理解iTBS的神经调控机制提供了新视角，并为临床应用提供了重要参考。

　　

在大脑的神秘世界里，背外侧前额叶皮层(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)如同一个精密的指挥中心，掌管着人类的高级认知功能，尤其是工作记忆——这种我们日常用来暂时存储和处理信息的"心理便签"。近年来，一种名为间歇性θ脉冲刺激(intermittent theta-burst stimulation, iTBS)的非侵入性脑刺激技术崭露头角，它能够以极短的时间（约3分钟）完成大脑皮层的调控，被认为可能增强DLPFC的功能。然而，科学界对单次iTBS能否真正提升工作记忆表现仍存在争议，更关键的是，iTBS诱导的即时大脑兴奋性变化是否能预测后续的认知表现，这个问题的答案至今扑朔迷离。

这种不确定性不仅困扰着基础研究人员，更制约了iTBS在临床中的应用。在精神病学领域，重复经颅磁刺激(repetitive TMS, rTMS)已成为治疗抑郁症的有效手段，而DLPFC正是其核心靶点。如果能够找到可靠的生物标志物来预测治疗效果，将极大推动个性化治疗的发展。遗憾的是，由于缺乏合适的同步监测技术，前额叶的兴奋性测量一直是个技术难题。

为了解开这些谜团，香港理工大学康复科学系的研究团队开展了一项创新性研究，并将成果发表在《Scientific Reports》上。他们巧妙地结合了iTBS和功能性近红外光谱(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)两种技术，首次实现了在施加iTBS的同时直接监测DLPFC的血流动力学变化。这种同步TBS/fNIRS技术的优势在于，fNIRS使用的远红外光不会干扰TMS产生的磁场，为研究前额叶的神经血管耦合(neurovascular coupling, NVC)现象提供了独特窗口。

研究采用随机、双盲、交叉设计，招募30名健康参与者，比较主动iTBS和假刺激对3-back工作记忆任务表现的影响。工作记忆在刺激前及刺激后五个时间点（0、10、20、30、40分钟）进行评估，同时通过fNIRS持续监测前额叶血红蛋白浓度变化。这种严谨的设计使得研究人员能够全面捕捉iTBS效应的时空特征。

关键技术方法包括：使用神经导航系统精确定位左侧DLPFC（MNI坐标x=-38, y=+44, z=+26），采用80%静息运动阈值强度的标准iTBS协议（600个脉冲），通过旋转线圈90度实现假刺激，同步记录fNIRS血红蛋白浓度变化，使用3-back任务评估工作记忆性能（d'值和反应时间RT）。

研究结果

参与者特征

研究纳入30名健康参与者（18名女性，12名男性），平均年龄23.87±1.756岁，平均受教育年限17.2±1.095年。所有工作记忆行为数据均纳入分析，部分fNIRS数据因信号质量不佳被排除，最终50组血红蛋白数据（主动25组；假刺激25组）和60组行为数据（主动30组；假刺激30组）进入最终分析。

单次iTBS能否影响工作记忆表现？

广义线性混合模型分析显示，时间因素对工作记忆表现（d'、hit RT、neg RT）和血红蛋白变化（△HbO、△HbR）均有显著主效应，表明在两组中都出现了随着时间推移的工作记忆改善，这主要归因于练习效应。值得注意的是，主动iTBS期间观察到HbO显著降低（p<0.001），且主动组与假刺激组在iTBS诱导的HbO变化上存在显著差异（p=0.006）。然而，组间比较显示，主动iTBS并未产生优于假刺激的工作记忆增强效应或任务相关血流动力学改变。

iTBS诱导的前额叶兴奋性能否预测工作记忆表现？

线性回归分析显示，iTBS诱导的HbO变化不能预测刺激后任何时间点的3-back任务表现，否定了研究假设。

讨论与结论

本研究揭示了单次左DLPFC的iTBS能够诱导显著的即时皮层兴奋性改变，表现为HbO的降低，这一发现挑战了传统的认知。通常，认知任务或TMS后会观察到HbO增加，但本研究发现的HbO降低可能源于亚阈值刺激强度（80% rMT）的特殊效应——这种强度不足以诱发动作电位，但通过调节突触活动影响神经元反应阈值，从而改变能量代谢。另一个可能解释是iTBS立即降低了刺激区域的代谢活动，这与先前研究报道的TBS同时影响氧化测量和自主神经依赖性反应相一致。

然而，这种兴奋性改变并未转化为工作记忆表现的改善，iTBS诱导的前额叶兴奋性也未能预测后续的认知表现。这种阴性发现可能源于几个因素：首先，研究仅使用3-back任务，而先前研究表明iTBS效应与认知负荷相关，可能在较低难度的2-back任务中更容易观察到效果；其次，参与者为平均受教育超过17年的大学生群体，可能存在"增强天花板效应"，即基线表现已接近天花板，限制了观察提升的空间；此外，样本量较小可能统计效力不足，而参与者体位变化（刺激时躺卧，任务时坐立）和基线测量方式也可能引入变异性。

尽管在认知预测方面获得阴性结果，研究者强调iTBS诱导的前额叶兴奋性在临床应用中仍具潜在价值。与认知表现受多种因素影响不同，抑郁症等症状变化可能更直接与TMS的累积神经调节效应相关。因此，未来研究需要更大样本和纵向设计，特别是在临床人群中探索iTBS诱导兴奋性作为治疗反应预测标志物的潜力。

这项研究的重要性在于它首次系统评估了同步iTBS/fNIRS在预测前额叶功能中的应用，为理解iTBS的神经机制提供了新见解，为未来临床转化研究奠定了方法学基础。随着脑刺激技术的不断发展，这种多模态方法有望为精神疾病的个性化治疗开辟新的道路。