經顱磁刺激在腦損傷后意識障礙診療中的研究進展

[摘要]"腦損傷引起的意識障礙是影響患者生活質量的嚴重神經功能缺陷，其發生機制復雜多樣。作為一種無創神經調控技術，經顱磁刺激在意識障礙評估和治療中表現出巨大潛力。本文綜述經顱磁刺激在腦損傷后意識障礙中的應用，并展望經顱磁刺激在未來臨床研究中的應用前景。

[關鍵詞]"經顱磁刺激；意識障礙；神經可塑性；促醒治療

[中圖分類號]"R493""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.05.030

腦損傷的成因多種多樣，包括顱腦外傷、腦卒中、缺氧性損傷、感染和代謝性疾病等，這些因素嚴重影響腦部結構和功能。盡管急救措施可顯著提高腦損傷患者的存活率，但一些重癥患者仍可能出現持續的意識障礙[1]。傳統治療方法在應對意識障礙方面存在一定的局限性。經顱磁刺激（transcranial"magnetic"stimulation，TMS）、經顱直流電刺激和經顱超聲刺激等非侵入性腦刺激技術逐漸成為應對意識障礙的前沿工具[2]。

TMS由Barker等[3]于1985年提出，利用磁場在腦部特定區域產生電流調節神經活動。最初，TMS主要用于治療抑郁癥和其他精神疾病。近年來研究表明TMS不僅可提供腦功能信息，還能促進腦功能恢復，改善患者意識水平，在意識障礙治療領域展現出獨特潛力[4-5]。有研究探索TMS在腦損傷引發的意識障礙評估與治療中的作用[6-7]。然而，該領域仍面臨諸多挑戰，如個體化刺激參數的確定、長期效果評估及技術標準化等問題[8]。本文深入探討TMS在腦損傷后意識障礙領域的最新應用進展，包括其作用機制、臨床應用和未來發展方向，為相關研究提供有價值的理論參考。

1""意識障礙的發生機制

意識的發生機制極為復雜，涉及網狀激活系統、丘腦-皮質連接、皮質-皮質連接、大腦皮層功能的完整性及神經遞質系統等[9-10]。盡管腦組織結構損傷是導致意識障礙的直接原因，但意識障礙的核心根源在于腦損傷引發的腦功能網絡連接異常。Schiff等[11]提出“中央環路假說”，認為信息通過上行網狀激活系統傳遞，經過丘腦到達大腦皮層，并在額-頂回路中整合處理，從而形成意識。隨著功能性磁共振成像和擴散張量成像等技術的進步，人們對腦網絡的理解不斷加深。額頂葉網絡與意識密切相關，尤其是中央執行網絡和默認模式網絡。Raichle等[12]研究表明，當大腦處于靜息狀態時，內側前額葉皮質、楔前葉和角回等區域保持高度活躍，這些區域被認為與自我意識和認知過程密切相關。中央執行網絡主要涉及前額葉皮質和后頂葉區域，負責執行功能、決策和注意力控制，與外部意識密切相關。另有研究表明，默認模式網絡與中央執行網絡之間是對立關系；當一個網絡被激活時，另一個網絡通常處于抑制狀態，這種動態平衡對意識活動至關重要[13]。除結構性損傷導致的腦網絡功能損害外，意識障礙還涉及其他復雜的病理機制。如神經遞質失衡可干擾神經元間的信息傳遞；代謝異常可影響腦細胞的能量供應；而血流動力學變化可導致局部腦血流量不足，加重意識障礙。因此，理解意識障礙的發生機制需要綜合考慮腦網絡的結構性和動態變化、神經遞質系統狀態、代謝水平及血流動力學變化。

2""TMS在意識障礙臨床評估中的應用

2.1""單脈沖TMS與成對脈沖TMS的應用

單脈沖TMS是一種每次僅輸出一個脈沖的刺激模式，常用于研究大腦皮質功能及神經傳導路徑。通過刺激特定皮質區域，單脈沖TMS可提供大腦在特定任務或刺激下的反應數據，為揭示大腦基本功能提供重要信息[14]。相比之下，成對脈沖TMS通過設定兩個脈沖之間的時間間隔探測大腦的抑制性和興奮性反應。短間隔成對脈沖（如3～5ms）主要用于研究皮質內的抑制機制，而較長間隔成對脈沖（如50～200ms）則用于研究皮層的興奮性。成對脈沖TMS已成為研究意識障礙患者神經功能的有力工具[15-16]。此外，TMS激發的運動誘發電位可有效評估患者運動皮質的興奮性及皮質脊髓通路的完整性。運動誘發電位的幅度和潛伏期變化為研究者提供關于運動皮質活動狀態及其與脊髓神經元通信效率的關鍵信息。如，運動誘發電位幅度的減小或潛伏期的延長可反映皮質脊髓通路的功能障礙，這些指標在意識障礙研究和臨床診斷中具有重要應用價值[17-18]。

2.2""TMS聯合腦電圖

TMS聯合腦電圖是一種結合TMS和腦電圖信號的技術，通過TMS激活大腦特定區域并同步記錄腦電圖信號，捕捉由此引發的腦電活動。該技術的優勢在于其非侵入性和高時間分辨率，且無需患者主動配合，可廣泛應用于大腦皮質興奮性、連接性和功能狀態的研究[19]。Casali等[20]提出并驗證將基于TMS聯合腦電圖的擾動復雜性指數作為新的意識評估工具，該指標能量化并區分清醒、睡眠和麻醉等不同狀態下的意識水平。另有研究表明，擾動復雜性指數可有效區分無反應覺醒綜合征和微意識狀態患者，在檢測微意識狀態患者時，擾動復雜性指數的敏感度高達92%[21]。綜上，單脈沖TMS與成對脈沖TMS及其與腦電圖相結合的技術可極大推動腦功能和意識狀態的研究。

3""TMS在意識障礙臨床治療中的應用

3.1""不同刺激靶點TMS在意識障礙中的應用

TMS在意識障礙治療中展現出廣闊的應用前景。不同腦區在意識的產生、維持和恢復中發揮各自獨特的作用。因此，精確選擇TMS的刺激部位對意識障礙的康復至關重要。目前，臨床研究主要集中于前額葉皮質、初級運動皮質及頂枕葉等關鍵區域。前額葉，特別是背外側前額葉皮質，因其在高級認知功能、情緒調節和社會行為中的重要性，已被廣泛用于意識障礙的干預治療。重復經顱磁刺激（repetitive"transcranial"magnetic"stimulation，rTMS）作用于背外側前額葉皮質是最有效的治療方式之一。該區域涉及工作記憶、決策和情緒調節等腦關鍵功能。因此，通過刺激背外側前額葉皮質有望改善這些功能，促進患者的意識恢復[22]。盡管初級運動皮質區主要與運動功能相關，但近年來研究發現，應用rTMS于初級運動皮質區在緩解疼痛、抑郁和焦慮等精神障礙方面取得顯著效果，因此其對意識障礙的干預作用同樣不可忽視[23]。此外作為意識處理的重要區域，后頂葉皮質，特別是楔前葉在情境記憶、自我處理、運動想象及信息整合中發揮關鍵作用。楔前葉不僅在植物狀態與最小意識狀態的區分中起重要作用，還對意識水平的恢復產生關鍵影響[24]。綜上，盡管各腦區域在意識的產生和恢復中扮演不同角色，深入研究TMS在不同腦區的作用及其相互作用仍是優化意識障礙治療的關鍵。

3.2""不同頻率rTMS在意識障礙中的臨床效果

rTMS通過特定頻率的重復磁脈沖刺激并調節神經元的活動。針對意識障礙的促醒效果，rTMS的臨床療效受多種因素的影響，包括刺激部位、頻率、強度和時程等。根據頻率的不同，可分為高頻rTMS（gt;1Hz）和低頻rTMS（≤1Hz），前者對大腦特定區域產生興奮效應，而后者則產生抑制作用[25]。研究發現10Hz的rTMS可顯著增強雙側N20成分意識障礙患者的神經連接性[26]；而20Hz的rTMS在提高意識障礙患者的覺醒度和意識水平方面效果良好[5]。然而，低頻rTMS在意識障礙中的應用研究相對較少。研究指出0.5Hz的rTMS可能對植物狀態患者具有促醒作用，但這些研究樣本量較小，且證據仍較為薄弱，因此需進一步驗證其臨床效果[27-28]。Huang等[29]提出的Theta暴發式刺激（Theta"burst"stimulation，TBS）模式模擬海馬神經的生理放電頻率，與傳統rTMS相比，TBS具有時程較短、誘發不良反應較少的優勢。Wu等[30]對8例微意識狀態、植物狀態患者進行間歇性TBS治療，結果顯示治療后患者在行為學評估和腦電圖數據上均表現出持久的改善，提示TBS在意識障礙治療中的潛力。加以TBS的具體療效及作用機制仍需更多研究和驗證。

3.3""聯合神經調控技術在意識障礙中的應用

隨著神經調控技術的發展，越來越多的研究開始探討rTMS與其他技術的聯合使用，以期通過多途徑干預并提升意識障礙治療效果。Xiong等[31]研究發現正中神經刺激（median"nerve"stimulation，MNS）聯合rTMS可顯著改善意識障礙患者的意識水平和神經功能；與單獨使用MNS或rTMS相比，聯合治療的效果更顯著，提示MNS與rTMS的協同效應可增強治療效果。Hosseinian等[32]探索經顱交流電刺激與rTMS的聯合應用，結果發現同步rTMS的脈沖與經顱交流電刺激的相位可有效誘導并維持特定頻率的腦振蕩，從而穩定大腦皮質的神經活動。這為意識障礙及其他神經精神疾病的治療指明新的研究方向。陳喆思等[33]研究表明，3個月的rTMS聯合電針治療可顯著提高患者的格拉斯哥昏迷指數評分和持續性植物狀態評分，提示電針可增強rTMS的促醒作用?？傮w來看，聯合神經調控技術在提高意識障礙治療效果方面潛力巨大。未來的研究應進一步優化聯合治療方案，并通過大規模臨床試驗驗證其療效和機制。

4""TMS改善意識障礙的機制

TMS改善意識障礙的機制主要涉及調節神經元的活動、促進突觸可塑性、改變腦血流和代謝及重塑神經網絡。首先，TMS通過快速變化的磁場在大腦局部誘發感應電流，進而改變神經元的膜電位。高頻rTMS通過持續刺激神經元，增強其興奮性，廣泛應用于改善大腦功能；相反，低頻rTMS則通過超極化作用，減少神經活動的頻率，常用于抑制皮層過度活躍的區域[34]。其次，TMS可調節突觸連接的強度。腦源性神經營養因子（brain-derived"neurotrophic"factor，BDNF）在突觸可塑性中起重要作用。研究表明，高頻rTMS可促進BDNF的表達，增強突觸的強度[35]。同時TMS還調節興奮性神經遞質谷氨酸與抑制性神經遞質γ-氨基丁酸（γ-"aminobutyric"acid，GABA）間的平衡。高頻rTMS通常促進谷氨酸的釋放，增強突觸可塑性；而低頻rTMS則通過增強GABA的活性抑制突觸的可塑性[36]。此外，TMS還可引發局部腦區的血流變化，特別是在被刺激區域。研究表明20Hz高頻rTMS可顯著增加左內側顳葉或海馬體的腦血流量，而假刺激組未見此變化，提示高頻rTMS可通過腦血流的再分布發揮作用[37]。最后，TMS不僅可直接作用于特定腦區，還可通過網絡連接擴展至其他區域，重塑神經網絡，修復受損的神經環路，從而有助于恢復意識功能[38]。

5""小結與展望

TMS作為一種非侵入性神經調控技術，在治療意識障礙方面的應用前景廣闊。然而，TMS的臨床應用仍面臨一系列挑戰，包括個體差異、治療參數設定、長期效果評估等問題。因此，需在多方面進一步優化與拓展。首先，個性化治療方案的研發至關重要。由于患者在病理生理特征和病情進展上存在差異，為提高治療效果，須根據個體差異制定個體化的TMS治療方案。其次，優化治療參數是提升TMS療效的關鍵。刺激部位、頻率和強度等治療參數對意識障礙的治療效果有顯著影響。此外，意識障礙的長期效果評估仍面臨缺乏標準化工具的挑戰。盡管TMS聯合腦電圖技術在提高診斷精度方面具有巨大潛力，但仍需建立統一的評估系統，并結合多維度數據分析方法應對這一難題。目前，針對意識障礙的TMS研究樣本量較小，未來應設計多中心、大規模的臨床試驗，以驗證TMS的治療效果與安全性，從而進一步優化個體化治療方案及治療參數。探索TMS與藥物治療、康復訓練等其他治療手段的聯合應用將有助于優化治療方案。聯合應用經顱直流電刺激或功能性磁共振成像引導的精準定位等技術可能成為提高治療效果的重要途徑[39]。綜上，TMS在意識障礙的治療和評估中展現出巨大潛力，未來有望在臨床應用中發揮更大作用。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–10–21）

（修回日期：2024–12–10）

（上接第109頁）

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（收稿日期：2024–11–11）

（修回日期：2024–12–11）