《Experimental Brain Research》：Predictable transcranial magnetic stimulation suppresses corticospinal excitability: a TMS experiment
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在研究運動技能學習時，經顱磁刺激（TMS）中刺激可預測性會干擾皮質脊髓興奮性（CSE）的測量結果。研究人員對比可預測和不可預測條件下的運動誘發電位（MEP），發現不可預測 TMS 的 MEP 幅度更大。這強調控制 TMS 可預測性對準確解讀 CSE 變化很重要。
在神經科學領域，運動技能學習是人類日常生活和各種活動的基礎，它與神經系統的功能密切相關。經顱磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation，TMS）作為一種常用的研究工具，常被用于評估皮質脊髓興奮性（Corticospinal Excitability，CSE），進而探究運動技能學習過程中的神經機制。以往研究發現，動作觀察（Action Observation，AO）能使 CSE 增強，這一現象通常被認為與鏡像神經元激活和觀察學習有關 。然而，在眾多使用 TMS 的研究中，刺激的可預測性存在差異，這一因素可能會干擾對 CSE 變化的準確解讀。例如，有些研究雖試圖控制可預測性，但仍存在部分可預測的情況，或者引入了其他混淆因素，使得研究結果的解釋變得復雜。為了更準確地了解 TMS 可預測性對 CSE 的影響，來自新西蘭奧塔哥大學（University of Otago）的研究人員 Napat Sriutaisuk 和 Elizabeth A. Franz 開展了相關研究，研究成果發表在《Experimental Brain Research》雜志上。
研究人員采用了多種關鍵技術方法。在實驗中，他們通過大學海報和社交媒體招募了 20 名右利手參與者。利用肌電圖（Electromyography，EMG）記錄雙側第一背側骨間�。‵irst Dorsal Interosseous，FDI）的電活動；使用單脈沖單相 TMS，通過 Magstim 200 刺激器連接八字形線圈對左側運動皮層進行刺激；借助神經導航技術（Neuronavigation），利用 NDI Vega ST 系統和 InVesalius 3.1.99998 軟件精確引導線圈定位 。實驗過程中，參與者需要觀察屏幕上的視覺提示（可預測的移動白條或不可預測的靜態白條），同時接受 TMS 刺激，記錄相應的 MEP 反應。
研究結果如下：
- 實驗設計與數據處理：實驗自變量為 TMS 的可預測性（可預測和不可預測）。每個條件均呈現 20 次，每次試驗開始時會先顯示一個隨機時長（5 - 7 秒）的靜態白條，之后程序隨機選擇一種條件。在可預測條件下，白條會在 3.5 秒內逐漸清空并重新填充，在填滿時給予 TMS 脈沖；不可預測條件下，靜態白條在 3.5 秒內保持不變，之后給予 TMS 刺激。EMG 數據經記錄、濾波、分段和降采樣后，使用 R 軟件進行分析。計算 MEP 幅度，并對數據進行正態性和方差檢驗，根據檢驗結果選擇合適的統計方法進行組間比較123。
- MEP 幅度差異：分析結果顯示，不可預測條件下的 MEP 幅度（0.906 ± 0.12 mV）顯著大于可預測條件（0.743 ± 0.11 mV） 。通過 Shapiro - Wilk 檢驗確認差異分數符合正態分布，配對 t 檢驗表明這種差異具有統計學意義（t[19]=3.69，p = 0.0015，效應量 d = 0.83，95% CI [0.31, 1.33]）。z 評分后的幅度分析也得到了類似結果（t[19]=4.15，p <0.001，d = 0.93，95% CI [0.39, 1.45]），這表明可預測刺激會顯著抑制 CSE456。
- 影響因素分析：線性回歸分析發現，使用原始 MEP 幅度時，刺激強度和利手性是影響 MEP 幅度的顯著預測因子，而可預測性不是；但使用 z 評分后的幅度進行分析時，可預測性成為唯一顯著的預測因子 。這表明個體間基線興奮性的差異可能會掩蓋實驗效應，而 z 評分標準化能有效解決這一問題7。
研究結論和討論部分指出，本研究結果支持了可預測 TMS 會導致更低 MEP 幅度的假設，即 TMS 的可預測性會顯著調節 CSE 。以往研究中報道的 AO 誘導的 CSE 促進作用，可能部分是由于可預測性效應，而非 AO 本身的作用。這強調了在未來研究中控制 TMS 刺激可預測性的重要性，只有這樣才能更準確地研究 CSE 的調節機制以及相關神經可塑性的變化。同時，本研究也存在一定局限性，例如實驗僅使用了視覺刺激來提示 TMS 的可預測性，無法確定 MEP 幅度的差異是純粹由 TMS 可預測性還是視覺信息的可預測性導致的；此外，實驗中可預測性與刺激運動存在混淆，未來研究可使用靜態但在時間上有可預測或不可預測變化的刺激（如變色點）來進一步區分這兩個因素的影響 。盡管如此，該研究為后續關于 TMS 和 CSE 的研究提供了重要參考，對深入理解運動技能學習的神經機制具有重要意義。
