文摘
神经可塑性是指大脑的功能修改其结构和/或功能和组织,以应对不断变化的环境。证据表明,中断神经可塑性和改变大脑功能之间的连接不同的网络对精神分裂症的病理生理机制作出了重大贡献。经颅磁刺激已成为一个无创性脑刺激工具,可以利用调查皮质兴奋性,目的是探索神经可塑性机制。尤其是在病理障碍,如精神分裂症、皮质功能障碍,如异常excitatory-inhibitory平衡皮质网络,改变大脑皮层连接,和减损的时机是非常重要的关键时期使用不同的经颅磁刺激范式研究。研究这种神经生理学特征和塑料的变化将有助于阐明精神分裂症的病理生理机制的不同方面。本文试图总结发现可用的经颅磁刺激研究诊断和描述目标,但不是治疗的目的,在精神分裂症。异常的发现提供了进一步的证据excitatory-inhibitory平衡皮质网络,由神经递质谷氨酸和GABA系统等途径。未来的研究,结合技术,例如,经颅磁刺激大脑成像和分子遗传类型,有助于阐明精神分裂症的特征和预测。
1。介绍
精神分裂症是一个复杂的慢性精神健康障碍表现为一系列积极和消极的症状(1]。诊断精神分裂症的阳性症状之一是不完整的,除非存在:幻觉,错觉,杂乱无章的言论或行为(2]。尽管无数的神经影像学研究、流行病学和遗传、精神分裂症的治疗仍不是最优,其确切病因学的因素仍然是难以捉摸的。因此,研究人员正在试图更具体的治疗只有一个精神病症状(3,4]。第一代和第二代抗精神病药物治疗精神分裂症的第一行(5]。不幸的是,精神分裂症预后提供糟糕的结果,尽管目前的治疗;病人常常保持症状,25% - -33%的病人难治性[6]。此外,抗精神病药物与显著的副作用,导致额外的并发症在治疗这种疾病7]。
基于应用本地刺激大脑皮层的神经生理学可以增强更大的理解复杂的体系结构与大脑皮质解剖及其相关功能。这种方法应用前一段时间去探索各种脑功能如感觉、电机、情感和皮层下血管认知障碍(8]。
经颅磁刺激(TMS)是一个“非侵入性脑刺激的方法使用磁场来刺激大脑的神经细胞脑膜,随后诱导电流在大脑组织中产生神经元去极化,产生动作电位”(9]。介绍了1985年(10),经颅磁刺激已经应用于研究大脑皮层和脊髓兴奋性,以及治疗神经和精神疾病(9]。
通过单脉冲TMS应用经颅磁刺激治疗效果,重复的脉冲(rTMS),或theta-burst刺激(TBS)。单脉冲测量电动机的阈值在实验环境下(11]。然而,rTMS协助测量重度抑郁症等疾病(12]。经颅磁刺激措施皮质兴奋性通过确定每个人的运动阈值,即只有通过刺激的运动系统使用表面EMG电极放置在目标肌肉获得肌肉的运动皮层反应潜在(MEP)。这个调查是基于电动机启动皮质脊髓的途径(13]。通过经颅磁刺激技术的发展“paired-pulse”,可以将更多的注意力放在皮质兴奋性的特定方面,例如抑制和facilitatory流程组件的运动系统,导致各种神经精神障碍(14]。我挥手便利化和漫长的间隔皮质抑制(LICI)的一些具体paired-pulse经颅磁刺激模式。LICI有助于评估一个初始超阈值的刺激加上超阈值的第二个刺激计划。最初的刺激产生抑制诱发运动反应第二(测试)刺激时在一个适当的interstimulus间隔(50 - 200 ms)。我挥手便利化措施降我挥手截击磁刺激引起的(15]。
研究了经颅磁刺激治疗的积极精神分裂症症状(16]。精神分裂症患者受损的神经元网络,尤其是患者没有接受抗精神病治疗受损的锥体束外的运动障碍,包括一般的精细运动技能障碍,手灵巧度,用双手的协调赤字的人群的眼球运动,和精神运动速度(17]。此外,认知、运动、神经生理学和神经病理系统负责精神分裂症,导致大脑皮层抑制。
这些障碍增加皮层下多巴胺活动导致激活抑制皮质传入纤维减少,最终增加皮质兴奋性的结果。在形态学研究神经病理变化,大脑皮层抑制由皮质gaba ergic中间神经元,关闭最后的抑制功能障碍(18,19]。而精神分裂症首次通过经颅磁刺激治疗二十年前,目前的证据仍未能提供一个清晰的图片效果(20.,21]。
本研究的目的是审查和分析当前文学可以在大脑可塑性指数的有效性和评估精神分裂症通过经颅磁刺激协议。
2。方法
2.1。搜索策略
我们寻找研究发表在以下电子数据库包括Cochrane图书馆、PubMed、EMBASE,科学和网络,使用搜索条件如下:例如,“精神分裂症”和“颅磁刺激”或“精神疾病”和“颅磁刺激”或“精神分裂症”和“大脑可塑性指数”或配对脉冲刺激,从开始到2021年9月,。此外,结合医学主题词(网)和文本。一百二十九篇文章被选中。一位作者进行的初始选择研究基于标题和摘要。然后,每个潜在的合格选择研究筛选入选标准。最后,85年的研究中,三位作者独立的审查和评价全文决定并确定这些文章是否符合预定义的入选标准。任何相关分歧是通过讨论来解决。从搜索收集的所有选择的研究是严格检查。审查的研究分组根据范例,在精神分裂症患者(表参数检查1)。
2.2。电动机阈值(太)
电动机阈值(MT)被定义为经颅磁刺激的强度最低,需要引起一个预定义的运动诱发电位(MEP),峰幅度50μV至少50%的追求试验(5 10试验)22]。的最小刺激强度,可以唤起一个给定的电机响应的振幅从肌肉静止,要么叫休息运动阈值(RMT),或在肌肉收缩(近5 - 10%的目标肌肉最大收缩),命名为主动运动阈值(AMT)。
此外,药物如卡马西平、苯妥英太活动增加改变的钠离子通道特性反映了transsynaptic皮质脊髓的反应的兴奋性神经元,调制通过改变突触前钠/钙通道电导率(23]。其他物质,如精神安定剂、抗抑郁药、或苯二氮卓类,通过神经递质提供较小的调制效应(24]。然而,越来越多的证据显示,太glutamatergic传播的变化会导致太活动(25]。
表1提出了许多研究结果综述旨在调查RMT变化相比,精神分裂症患者是否健康的控制。从表中,一些研究没有提供任何RMT精神分裂症患者及一级亲属之间的差异相比,健康控制(26]。报道的证据后,显著降低RMT在精神分裂症患者与对照组相比,支持赤字的证据表明精神分裂症与大脑皮层抑制(CI) (8,27,28]。此外,天然和药物引起的精神病共享一个通路,可以基于功能失调的glutamatergic机制(27,28]。关于在运动前区皮层抑制rTMS干预的频率较低,一些研究显示缺乏RMT刺激后增加精神分裂症患者相比,控制。观察经颅磁刺激的变化可以被理解为皮层运动的主要变化紧随其后的是大脑皮层抑制缺陷可能归因于抗精神病药物效应,精神分裂症、或条件和药物之间的相互作用29日- - - - - -31日]。异常的中产prefrontal-motor皮层连接介导运动抑制生物标志物在精神分裂症30.]。因此,精神分裂症患者显示异常的大脑反应rTMS应用于运动前区皮层与最小运动皮层抑制(31日- - - - - -33]。显著减少观察皮层抑制的病人相比,犯人病人和控制。这种差异更明显在右脑比左33]。此外,精神分裂症是归因于两半球间的皮质脊髓兴奋性的反转模式(33]。RMT在另一项研究中观察到的差异与利培酮治疗精神分裂症患者(RMT)增加相比,奥氮平(RMT)减少34]。总的说来,这些研究提供的证据励磁/抑制皮质受损振荡在精神分裂症和表明精神分裂症的特点可能是一个不平衡的两半球间的皮质脊髓兴奋性(31日,33,35]。因此,有选择性的改变两半球间的facilitatory dPM-M1连接在精神分裂症35]。
2.3。运动诱发电位
默顿和莫顿(36)指出,议员们在收缩(contracted-MEPs)比议员更大的振幅和更短的延迟期间获得完整的肌肉放松(relaxed-MEPs)。因此,肌肉作为自主运动的原动力施加最大的便利(37,38]。议员们已经指出增加肌肉组织在行动时,由于减少了皮层抑制(39]。其他研究人员发现,其中一个基本的发现精神分裂症患者受损皮层抑制,主要结果的传播障碍的γ-氨基丁酸(GABA) [40,41]。根据一项研究,51精神分裂症患者对照组显示刺激强度的增加最大议员(SI-max)不再MEP潜伏期和振幅不变。SI-max计算假设议员大小达到高原期的曲线,这可能影响议员结果(29日]。在另一项研究中,在一方面,偏好和经颅磁刺激的不对称性大脑皮层运动表示,它对议员的影响进行了测试,发现议员阈值或大小的首选没有差异和首选药物。然而,首选肢体明显更多的头皮刺激网站生成的议员(42]。杜等人说明,使用磁刺激标记表明高议员在精神分裂症是由于异常运动皮层和其他地区之间的连通性等大脑的额叶前中部,是受精神分裂症30.]。
精神分裂症患者medicine-free演示更高程度的增强我挥手抑制比服用药物因此暗示他们的大脑皮层抑制gaba ergic活动受损(15,43]。值得注意的是,影响精神分裂症患者的议员的主要因素是疾病的药物和阶段的状态。议员们将更加升高患者没有服用药物和精神分裂症的患者晚期(36]。弗兰克等人进行了一项研究,表明药物如抗惊厥药物和抗抑郁药物可以显著延长皮质突出时期(CSP)从而控制议员(44]。在另一项研究中,两半球间的便利是减少精神分裂症,尽管没有改变在欧洲议会议员(35]。此外,抗精神病药物反应的影响研究经颅磁刺激的运动皮层在精神分裂症组药物天真的9个病人相比,与一群九病人建立安定药物治疗。经颅磁刺激阈值强度没有差异或延迟导致复合运动诱发电位(cMEPs) [45]。另外,一项研究九无毒精神分裂症患者9名健康受试者相比,这显示减少延迟的议员46]。
2.4。Paired-Pulse范例
Corticocortical兴奋性可以通过使用更直接检查paired-pulse经颅磁刺激在两个连续的应用经颅磁刺激刺激到大脑在不同interstimulus间隔(ISIs)。条件刺激(CS)和大约80 - 95%的RMT是第一个,实际测试的皮层刺激(TS)是英国伦敦铁路、海运及设定在110 - 120%的。因此,neuromodulatory CS TMS-evoked议员的振幅的影响主要取决于两个因素:CS的强度和TS interstimulus两种类型的刺激之间的间隔(ISIs) (47]。
1 - 5的ISI女士是“短”议员振幅较低并产生抑制效应。间隔的ISI 8-20女士展示了facilitatory效果与议员振幅超过mV(振幅TS的高度没有以前的CS)。当使用双边刺激(dual-pulse技术),显著减少侧MEP的振幅在未经治疗的精神分裂症患者说,表明抗精神病治疗可能废除增加transcallosal抑制(TCI)精神分裂症(27]。一级亲属的精神分裂症患者与同侧的CSP的持续时间和延迟的差异,揭示了transcallosal抑制和单脉冲技术26]。
2.4.1。皮层抑制
皮层抑制可以识别变量的变化情况。管理-受体受体激动剂如氯羟去甲安定主要引起皮质抑制(48可能抑制我挥手便利化,很难被探测到(23]。
2.4.2。短间隔皮层抑制(SICI)
一项研究探讨了诸多病理生理学机制中使用paired-pulse方法的重要方面,在( 精神分裂症患者)担任主题和一半是未经处理的49]。然而,减少在大脑皮层抑制指出,未经治疗的患者相比,只有重要的控制和没有区别的便利(49,50]。在治疗病人,倾向于减少抑制被认为比未经治疗的精神分裂症患者(27,33]。在另一项研究( 精神分裂症患者),它主要展示了更少的精神分裂症患者的大脑皮层抑制(51]。然而,研究显示显著减少皮质抑制与抗精神病药物治疗精神分裂症患者后相比,控制(31日]。此外,受试者的风险超高精神病表现出长期CSP SICI与健康对照组相比没有变化,而精神分裂症患者显示出长期CSP和减少SICI [40]。
相比之前和之后的控制管理1 Hz rTMS精神分裂症患者,有更少的皮质抑制(31日]。然而,在prepost对照组比较,预期的抑制性rTMS,皮质抑制的激增是指出31日]。此外,post-rTMS议员们在休息,病人有振幅明显降低,表明较低的调制的兴奋性精神分裂症(32]。在另一项研究中,在精神分裂症患者未经治疗,观察大脑皮层兴奋性无显著差异,paired-pulse方法与健康对照组相比(28]。
利用静息状态功能连通性的另一项研究报告如果SICI与电动机之间的功能连通性和前额叶区域和症状的精神分裂症(rsFC),其中包括24精神分裂患者和30名健康对照。研究表明,左前额中间gyrus-motor皮层rsFC与皮质抑制和精神分裂症症状rsFC表示强烈的运动皮质抑制(30.]。一项研究调查了变化SICI精神病的超高风险(表),精神分裂症患者(深圳),与健康对照组。当深圳患者与健康对照组和深圳相比表个人,有一个减少抑制。相比之下,没有差别在SICI表主题和健康对照组(40]。多个文件测试SICI在精神分裂症患者和健康对照组的变化结果与报道一致SICI下降。假设可能建议SICI发展变化在精神分裂症的所有阶段(30.,39,41,42,52]。与文学相比,只有一项研究发现,犯人精神分裂症患者SICIs高于药患者,研究人员都无法解释的(43]。此外,一项研究在无毒急性精神病患者治疗前后3周没有透露任何SICI的变化。在解释这些数据,它是至关重要的考虑,缺乏对照组可以解释缺乏改变(44]。
2.4.3。皮层便利化
如果interstimulus 2脉冲之间的时间间隔很长,即。,9-25 ms, a facilitatory effect is observed, referred to as intracortical facilitation (ICF) [40,43,45- - - - - -56]。ICF可以构成更多的便利和较弱的抑制。大约10毫秒的延迟NMDA受体介导的兴奋性突触后电位会发生。关于ICF的时间进程,一些研究[40,49- - - - - -51,57)强调glutamatergic ICF的传播的重要性。通常,NMDA受体拮抗剂和ICF GABAA受体激动剂主要是减少58]。一项研究显示,精神分裂症患者接受ICF的可靠性,但可靠性较差在健康受试者59]。另一项研究指出,当比较精神分裂症患者控制,减少便利化是基于P60和N100 ICF指出。此外,ICF与积极的和消极的总分,代表精神分裂症的病理生理学症状,可能与前额GABA和glutamatergic障碍(60]。一些研究调查了ICF中精神分裂症患者。作为一个研究包括16个超高精神病的风险(表),17个精神分裂症患者,和28个健康对照调查,初级运动皮层没有透露任何ICF的变化(40]。类似的发现是一项研究测试24无毒精神分裂症急性精神病患者起始喹硫平3周之前和之后无法检测显著改变ICF [45]。另一项研究包括43犯人精神分裂症患者和38用药治疗精神分裂症患者32名健康对照组,没有表现出任何不同ICF的变化(43]。这符合两项研究相比neuroleptic-naive首发精神分裂症患者健康对照组和ICF[没有发现差异28,41]。
这是相反的两个研究发现ICF的差异,作为一个研究涉及到13名精神分裂症患者和13名ICF的控制测量后改变他们的抗精神病药物和随访8周。ICF测量在基线和治疗后8周。这项研究报告显著降低ICF在8周与基线;这可能归因于interstimulus间隔7至30 ms,和先前的研究一直在横断面设计,这也许可以解释缺乏ICF的变化之间的精神分裂症患者和健康对照组(53]。测量ICF的另一项研究在基于上下文的行动观察精神分裂症包括39名精神分裂症患者和28健康对照组,显示减少ICF在精神分裂症患者相比,控制。这可能是由于精神分裂症患者难以评估和解释社会线索(39]。
2.4.4。长间隔皮质抑制
漫长的间隔皮层抑制(LICI)是指大脑皮层神经元活动的抑制,paired-pulse后经颅磁刺激,部分介导的中枢神经系统的主要抑制性神经递质;氨基丁酸(GABA)受体b LICI可以测量从运动诱发电位(议员)interossei肌肉的手或直接从大脑皮层记录使用伴随的脑电图(EEG)方法。
一些研究调查了前额叶皮层,运动皮层TMS-EMG LICI精神分裂症患者(SCZ)。研究包括18 SCZ患者(9药与抗精神病药物)和18个HC,菲茨杰拉德et al .,在一项研究包括18精神分裂症患者(9药与抗精神病药物)和18名健康对照组,表明有有关LICI跨两组无显著差异,表明不安定药物的影响(15]。同样,横断面研究包括54精神分裂症患者和45名健康对照组未能发现重大LICI不同患者比健康的参与者。此外,之间没有显著相关性LICI和社会认知的结果措施在两组61年]。
更值得注意的是研究调查LICI运动皮层的精神分裂症患者未能表现出任何重大LICI变化之间的相关性和神经精神分裂症的症状相关。然而,研究LICI背外侧前额叶皮层(DLPFC)的精神分裂症患者显示显著的结果。这表明改变有关DLPFC抑制过程,而不是运动皮层,可能是潜在的赤字在精神分裂症患者存在认知功能(61年- - - - - -66年]。
2.4.5。皮质静止期(CSP)
经颅磁刺激的应用可以帮助研究transcallosal初级运动皮层之间的连接(M1)在两个半球,其中包括transcallosal抑制(TCI)和便利(TCF)出现延迟,通常(30 - 40 ms)。此外,TCI的延迟和持续时间被称为联接传导时间(transcallosal传导时间,TCT) [50]。由此产生的现象被称为皮质静止期(CSP)或侧沉默期。同侧和对侧的通过对比CSP,侧CSP措施打破的目标肌肉活动侧方面,根据运动系统的解剖(锥体束交叉)48]。控制回路和机制,产生了CSP原则,是复杂的。这涉及到pallidus,拥有不同的大脑皮层和皮层下(globus、丘脑)结构,通过GABA-B受体和神经调制的提供了一个重要的角色67年),通过后中间体的胼胝体68年]。
以前早期的研究中,在精神分裂症,CSP并没有发现显著差异在CSP精神分裂症患者之间的持续时间和控制(46]。然而,较长的初始延迟(出现延迟)在治疗病人记录45,56,69年]。多项研究报道一致的CSP短的病人没有药物影响(利培酮、奥氮平)34,39,52,70年,71年]。相反,不同的研究发现短CSP相比,控制,显示只有在未经治疗的患者。另一方面,长时间的CSP neuroleptic-treated病人所示(27,48]。另一篇论文发现更长的CSP在精神分裂症患者无论应用抗精神病药相比,控制(28]。另一个类似的研究表明一个重要的CSP rTMS后延长治疗和治疗病人相比,对照组(31日]。一项研究,探讨精神分裂症的直系亲属的CSP相比没有差异控制(26]。
3所示。应用经颅磁刺激治疗
经颅磁刺激是一种非侵入性程序使用磁场来刺激大脑的神经细胞。在过去的几十年里,已经建立了经颅磁刺激是一个潜在的治疗精神分裂症。TSM提高休闲的大脑和行为之间的关系。此外,rTMS闻名积极对神经可塑性的影响。鉴于其神经保护作用,rTMS可以受益各种神经精神障碍患者在短时间内(1,14- - - - - -21,24- - - - - -30.,42,72年- - - - - -76年),包括情绪障碍,如抑郁症,精神分裂症,焦虑,口吃,自闭症,物质使用障碍,注意缺陷多动症,单症状的夜遗尿。Freitas等人进行的一项荟萃分析的结果显示,一个重要的和温和的效果rTMS的正面和负面的精神分裂症的症状。然而,假对照研究显示,这些症状表明一个无足轻重的作用[77年]。
4所示。讨论
调查皮质兴奋性(同侧复发和对侧的运动神经传输,CSP,短期或long-latency-intracortical抑制,和两半球间的抑制)可以测量皮质抑制。在精神分裂症患者,经颅磁刺激是一个吉祥的方法来记录大脑皮层兴奋性的改变,阐明潜在的病理生理机制的精神分裂症77年- - - - - -79年]。
方法论的问题会导致测量不准确(表1)。此外,不同的特点和现有的生理唤起显著影响测量结果,如年龄(27,32- - - - - -34],偏手性[75年],警惕[9),放松的状态(28在月经周期[],性别和时间63年),和期望13,14,68年,72年,76年- - - - - -81年]。缺乏强制统一的定义可能会导致自动测量方法的形成,在静止期显示有所改善(78年]。
议员是一个主要的观察增加精神分裂症患者由于干涉皮质抑制机制36- - - - - -39]。议员进一步增加在没有药物和疾病进展(36]。研究人员表示,在抑制性神经递质GABA的传播障碍,破坏运动皮层和其他大脑区域之间的联系是最可能的机制30.,40,41]。
在一些证据,皮质抑制观察相比,精神分裂症患者控制(15,26- - - - - -28]。这一发现是一致的建议增加皮层下多巴胺活动和减少皮质gaba ergic活动。此外,ICF在精神分裂症的病理生理学作用需要澄清更多的作为一个潜在的指标减少或增加皮质抑制在纵向研究drug-naive首发精神分裂症患者开始新的抗精神病药物治疗(53]。
确认通过成像和经颅磁刺激技术,精神分裂症患者被怀疑有其他神经生理学和神经心理考虑,受两半球间的转移(80年]。尽管评估结果的异质性的皮层可塑性与经颅磁刺激方法,一种很有前途的调查工具是必需的。
5。结论
经颅磁刺激是一个吉祥的无创性方法,可用于研究的详细方面cortico-motor-neural兴奋性精神分裂症病理生理的基础上,重点检测抑制功能障碍(paired-pulse方法、transcallosal抑制或皮质静止期)。结合其他方法,如分子遗传类型、神经心理检查,结构和功能成像,包括磁resonance-volumetric与事件相关电位,和功能性磁共振成像技术,可能导致未来的神经生物学的脆弱性的理解关于精神分裂症的人口。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。
的利益冲突
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作者的贡献
列出所有作者开发不同的重大活动。所有参与起草和写作手稿。每个作者充分参与编写和审查的手稿。所有作者阅读和批准最终的手稿。