同步经颅磁刺激-功能磁共振成像的层间刺激技术优化与数据质量评估

推荐：本研究针对同步经颅磁刺激-功能磁共振成像（TMS-fMRI）中脉冲伪影干扰问题，开发了层间刺激（interslice）协议，通过量化37.5ms/100ms层间间隔下信号丢失与信噪比，证实-20ms/+50ms的脉冲时间窗可避免数据污染，支持10Hz TMS应用。该方案为因果神经机制研究提供了灵活可靠的技术框架。

　　

论文解读

在探索大脑奥秘的征程中，科学家们一直渴望找到既能精确刺激特定脑区、又能实时观测全脑活动的方法。经颅磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation, TMS）与功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）的结合，为这一目标提供了可能。TMS能非侵入式调控神经元活动，fMRI则可捕捉血流动力学响应，二者结合有望揭示脑区间的因果关联。然而，当TMS脉冲与MRI扫描同时进行时，强大的电磁场会干扰磁共振信号，产生难以修复的伪影，这成为阻碍技术发展的"阿喀琉斯之踵"。

传统解决方案如"离线"TMS（扫描前后刺激）无法满足时效性研究需求，而现有同步方案或需复杂数据修复，或受限于刺激时序灵活性。英国医学研究理事会团队另辟蹊径，聚焦层间刺激（interslice TMS-fMRI）技术——在MRI切片采集的毫秒级间隙中插入TMS脉冲。这种方法既能避免伪影，又能实现刺激与扫描的精确时序控制，但具体参数标准一直缺乏系统性验证。

为此，该团队在Siemens 3T Prisma^fit
扫描仪上展开攻关。他们采用多波段序列（加速因子=2）和专用7通道TMS线圈，通过球形仿体实验量化了脉冲与切片激发的时间容错窗。研究发现，当TMS脉冲位于切片激发前20ms至后50ms的"安全窗口"时，即使以100%最大刺激输出（MSO）和10Hz高频施加，也能保持数据完整性。这一标准在人类被试实验中进一步验证，为抑郁症靶向治疗等需要高频刺激的研究扫清了技术障碍。

关键技术方法

研究采用多模态同步技术：1）定制代码实现MRI切片触发信号与TMS脉冲的微秒级同步；2）双7通道TMS专用表面线圈减少信号衰减；3）多波段EPI序列（层厚62.5ms，层间距37.5ms）优化时间分辨率；4）球形仿体与人类被试（健康成人）双模型验证。

研究结果

TMS时序与振幅
-20ms/+50ms的时间窗可完全规避射频脉冲与梯度场干扰，3脉冲/体积的密集刺激方案仍保持98.7%信号完整性（图4a）。

讨论
相比体积间刺激，层间方案使TMS与任务刺激的时序编排更自由，支持因果链研究的毫秒级精度。但超过10Hz的刺激频率需进一步缩短层采集时间，且线圈朝向、切片方位等参数需个体化校准。

结论与意义

这项发表于《Journal of Neuroscience Methods》的研究，首次建立了interslice TMS-fMRI的标准化参数体系。其开源代码框架降低了技术门槛，而揭示的"电磁安全窗口"规律不仅适用于基础神经环路研究，更为iTBS（间歇性θ脉冲刺激）等临床神经调控方案的fMRI疗效评估提供了关键技术支持。该成果标志着因果神经科学从"相关观察"迈向"精准干预"的重要一步。