用 TMS 探测皮质兴奋性和认知功能

总共将招募 60 名参与者参加该试验。 研究人员旨在招募 30 名 MCI 患者和 30 名年龄匹配的健康成年人。 纳入的年龄范围为 18-80 岁，健康队列的平均年龄将与 MCI 队列的平均年龄相匹配。 将使用以下修订后的梅奥诊所 MCI 标准：(1) 医生、线人、参与者或护士表达的认知问题； (2) 1 个或多个认知领域（记忆、语言、视觉空间技能或执行功能）受损； (3) 基本正常的功能活动； (4) 没有痴呆症。 MCI 患者的简易精神状态检查（MMSE，附录 19）得分在 18 到 23（含）之间，临床痴呆评定量表得分为 0.5。

本研究协议包括一次测试访问，由四个独立的组件组成：a) 静息状态 fMRI，b) 单脉冲 TMS 范式，c) theta-burst rTMS 范式，和 d) 在 iPad 上执行的简短运动任务。

这些任务将在 theta-burst rTMS 范例 (c) 之前和之后重复。 因此，测试访问是：

(a) --> (d) --> (b) --> (c) --> (b) --> (a) --> (d)

该协议将使研究人员能够在 rTMS 范式之前和之后研究以下内容：1) 包含大脑功能网络的连接模式，2) 单脉冲 TMS 的皮质兴奋性测量，以及 3) 上肢运动速度 &敏锐度。

经颅磁刺激：

将使用高功率 MagPro X100（MagVenture Inc.）进行磁刺激。 丹麦）（附录 11）。 当 TMS 机器提供刺激时，患者可能会在线圈下感觉到和/或点击/敲击的感觉。 参与者将获得耳塞作为额外的安全预防措施，以在 TMS 会议期间保护听力。 在开始 TMS 会议之前，研究团队将确保参与者在 TMS 椅子上尽可能舒适。

单脉冲 TMS 范例：

首先，设备需要针对每个人进行校准，因为每个人对 TMS 产生的磁场的敏感度不同。 TMS 设备将被校准以确保参与者正在接受尽可能低的“剂量”。 为此，TMS 线圈将放置在负责手指运动的大脑区域正上方的头皮上，该区域是位于中央前回的运动皮层的特定区域。 然后，TMS 线圈将发出逐渐升级的脉冲，直到达到导致他们的手抽动的水平（特别是拇指和食指）。 这将通过肌电图 (EMG) 传感器进行目视观察和定量记录。 使他们的手抽动所需的能量称为“运动阈值”，它因人而异。 然后，此“电机阈值”将用于针对 TMS 协议校准机器。

8 字形 TMS 线圈将固定在运动皮层的最佳头皮位置，以在对侧第一背侧骨间 (FDI) 肌肉中引发运动诱发电位 (MEP)。 除了目视观察手指运动外，研究人员还将表面肌电图 (EMG) 电极连接到右侧 FDI 的皮肤上。 电极将检测肌肉中的任何活动，从而更准确地测量个人“运动阈值”。 在对侧 FDI 中引起运动反应的确切位置称为“热点”。 该位置将使用实时 TMS 3D 神经导航系统（Localite TMS Navigator，德国，http://www.localite.de/en/products/tms-navigator/#c572）记录 以确保后续试验中的测试一致性。 Localite 是与 TMS 设备配合使用的软件包。 它集成了一个红外摄像机来记录 TMS 线圈相对于参与者头部的位置。 这使研究人员能够在整个会话期间可靠地将线圈放置在相同的精确位置。

静止运动阈值 (RMT) 定义为在静止时产生阈限 MEP（在 10 次试验中的 50% 中约为 50 μV）的最小刺激强度。 主动运动阈值 (AMT) 通常定义为在测试肌肉的等长收缩期间产生阈限 MEP（在 10 次试验中的 50% 中约为 200 μV）的最小刺激强度。 RMT 和 AMT 都将表示为磁刺激器最大输出的百分比。 来自个体参与者的 RMT 和 AMT 数据将作为兴奋性的基线测量，分别指导我们接下来的单脉冲和重复 TMS 协议的强度。 这将对左半球进行。 研究人员还将使用参数估计顺序测试 (PEST) 算法更有效地识别 RMT 和 AMT。

在为参与者确定运动阈值和“热点”后，TMS 线圈将放置在先前由 Localite Navigator 软件记录的“热点”上，并将刺激强度设置为参与者唯一识别的 AMT 的 80% . 例如，如果确定特定个体的活动电机阈值为 MagPro 最大输出的 40%，则设备强度将设置为单脉冲协议最大输出的 32%（32 等于 40% 的 80% ，本例中的 AMT）。 此时，应用 8 个 TMS 脉冲（间隔 6 秒），因为 TMS 线圈固定在“热点”上。 此步骤以增加的增量（即 AMT 的 10%）重复，直到强度相当于参与者 AMT 的 150%。 该协议包含 64 个单脉冲刺激，将每隔 6 秒重复发送一次。 此过程是安全的，并遵循先前发布的标准单脉冲 TMS 协议。

此单脉冲 TMS 协议将在 rTMS 协议之前和之后执行两次。 每个单脉冲 TMS 协议将持续大约 30 分钟。 结合起来，这相当于“单脉冲 TMS”范例中的 128 次刺激。 在整个单脉冲协议中，参与者将被要求触摸他们的小指和拇指，以提供微妙的背景自愿收缩。 这将“促进”运动通路并降低整个协议中刺激强度的阈值。

经颅磁刺激：

在重复 TMS (rTMS) 协议中，将使用一种称为间歇 theta 爆发刺激 (iTBS) 的模式化 rTMS 范例。 iTBS 由三个以 50 Hz 频率呈现的双相 TMS 刺激组成，每 200 毫秒重复一次，持续 2 秒，强度为 AMT 的 80%（例如，如果 AMT 被确定为最大输出的 40%，则 TMS 将以 32% 的强度提供对于这个协议）。 因此，每个刺激列车将持续两秒（每列列车 30 次刺激），列车间间隔为 8 秒。 此 rTMS 协议由 10 个 iTBS 列车组成，共计 300 个来自磁性线圈的刺激。

在此 rTMS 协议期间，线圈将放置在左半球的“热点”上。 rTMS 协议只会执行一次，并且会持续大约 10 分钟。

MRI 协议：

这将发生在同一建筑物中与 TMS 设备相邻的房间中。 为了他们的安全，参与者将被要求在进入扫描室之前将所有金属物品和个人物品（例如钱包、电话、珠宝）留在 MRI 中心的候诊室。 参与者将被要求仰卧并在 MRI 扫描期间保持静止。 当他们在扫描仪中时，他们将获得耳塞以抑制噪音并保护他们的听力。 魔术贴带也可以放在前额上，并提供泡沫枕头，以尽量减少扫描过程中的头部运动。 将尽一切努力使参与者在扫描过程中尽可能舒适，包括保暖毯子和放置在膝盖/背部下方的垫子，以减少仰卧时的压力。

在扫描之前会提醒参与者他们的参与是自愿的，他们可以随时发出停止扫描的信号。 扫描仪中有一个对讲系统，这将使参与者能够在他们在扫描仪中的整个持续时间内与 MRI 技术人员和研究团队的成员进行通信。 此外，他们将能够随时立即停止检查，方法是挤压放在他们手中的信号球，这将提醒控制室的 MRI 技术人员，或者抬起他们的腿，这将被实验者看到在控制室。

重要的是，我们收集的 MRI 数据不会使用造影剂。 此外，所有 MRI 数据都将在“静止状态”下获取，因此参与者将被要求在扫描期间放松并保持静止。

更具体地说，MRI 数据将在配备 32 通道头部线圈的 Siemens 3.0 Tesla Skyra Magnet 上收集。 总扫描时间为 30 分钟。 序列顺序如下：定位器扫描（62 秒）、结构 MPRAGE（9 分钟）、静息态 fMRI 扫描（5 分钟）和扩散张量成像 (DTI) 扫描（14 分钟）。 将使用以下参数收集定位器 - 方向：从下到上，TR= 8.6 ms，回波时间 (TE)=4.0 毫秒，翻转角 = 20，FOV=250 毫米，5 片，7 毫米切片厚度。 将使用 T1 加权破坏梯度召回 (SPGR) 序列（TR= 22ms；TE= 5.4ms；FOV= 25.6cm；翻转角= 20°；面内矩阵大小= 256 x 256）获取高分辨率结构图像；切片厚度= 1mm；切片数= 172）。 将使用 T2* 加权平面回波成像 (EPI)（TR= 1.5s；TE= 30ms；FOV= 25.6cm；翻转角= 90°；面内矩阵大小= 64 x 64；切片厚度 = 4 毫米），从具有 4 毫米 3 各向同性体素的 39 个轴向切片产生功能数据。 在静息状态 fMRI 扫描期间，参与者将睁开眼睛注视十字线。 将使用测量 86 个方向扩散的扩散敏化平行 EPI 序列（b 因子 = 1000 s/mm2；TR= 7s；TE= 82.5ms；视场 (FOV)= 25.6cm）在轴向平面中获取 DTI 图像, matrix= 128 x 128, 2mm interleaved slice; parallel acceleration factor= 2).

静息态 fMRI 数据将使用管道进行预处理 (http://wiki.biac.duke.edu/biac:analysis:resting_pipeline) 牛津脑软件库功能 MRI 中心的工具和工具（FSL 版本 5.0.5，www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）。 预处理步骤包括切片时间校正、用于运动校正的 MCFLIRT、用于脑提取的脑提取工具 (BET) 和用于 MNI 152 T1 模板标准化的 FLIRT（蒙特利尔神经学研究所，加拿大蒙特利尔）。 研究人员将根据在 FSL FAST 中创建的掩码从白质和脑脊液中回归信号，并使用 FSL SUSAN 使用 5 毫米内核平滑数据。 时间带通滤波会将数据限制在 0.001 至 0.08 Hz 频带内的频率。 按照 Power 等人的建议，研究人员将使用 0.5 的帧位移阈值和 0.5% 的时程方差阈值 (DVARS) 执行运动擦洗

行为测量：运动任务

研究人员将使用配备数字计算机软件 Cantab（英国剑桥认知有限公司）的 iPad 进行行为测量。 Cantab 是一种基于云的计算机化认知评估软件，是经过充分验证的学术研究工具。 研究人员打算使用 1) 运动筛选任务，2) 配对联营学习测试（在平板电脑上）分别测量运动和记忆的功能。

电机筛选任务要求参与者触摸闪烁的十字，它显示在屏幕上的不同位置。 结果测量包括指向和反应时间的准确性。