羅光霞

(上海思博職業(yè)技術(shù)學(xué)院 體育教研室，上海 201300)

重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(rTMS)是一種安全、無創(chuàng)傷、無疼痛的新型認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)技術(shù)。該技術(shù)由Barker 等人［1］于1985 年首先創(chuàng)立的一種皮質(zhì)刺激方法而發(fā)展起來，它利用時(shí)變磁場使大腦皮層產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過改變大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞的動(dòng)作電位而影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)組織的電活動(dòng)，進(jìn)而對刺激區(qū)域及較遠(yuǎn)的相關(guān)區(qū)域產(chǎn)生影響，且所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)可持續(xù)到刺激停止后的一段時(shí)間。一般來說，高頻(＞5 Hz)rTMS 對大腦皮層的興奮性具有促進(jìn)作用而低頻(≤1 Hz)rTMS則對大腦皮層的興奮性具有抑制作用，基于它能調(diào)節(jié)大腦皮層的興奮性而被廣泛地應(yīng)用于精神病學(xué)和神經(jīng)病學(xué)的臨床診斷與治療［2，3］。

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程中尤其是鄰近比賽，焦慮問題時(shí)常困擾著廣大運(yùn)動(dòng)員及教練員，實(shí)踐中常常采用放松訓(xùn)練、認(rèn)知調(diào)節(jié)、表象演練等方式進(jìn)行調(diào)控［4］，然而有時(shí)效果并不理想。焦慮發(fā)生時(shí)，不僅自主神經(jīng)功能發(fā)生改變，出現(xiàn)心跳加快、血壓升高、出汗等現(xiàn)象;而且神經(jīng)內(nèi)分泌功能也會(huì)發(fā)生變化，表現(xiàn)為下丘腦—垂體—腎上腺(HPA)軸活動(dòng)增強(qiáng)，血皮質(zhì)醇水平升高［5］。動(dòng)物和人類的大量研究顯示，前額葉與情緒加工有關(guān)，是調(diào)節(jié)下丘腦一垂體一腎上腺(HPA)軸和自主神經(jīng)功能的重要部位［6，7］;結(jié)構(gòu)和功能神經(jīng)影像學(xué)研究顯示焦慮發(fā)生時(shí)右側(cè)前額葉皮層興奮性增加［7，8］。低頻(≤1 Hz)rTMS 能夠抑制大腦皮層的興奮性［2，3］，推斷rTMS存在抗焦慮作用的最初證據(jù)來自健康志愿者的研究，依據(jù)“效價(jià)假說”，Van Honk［9］等人對健康被試進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示在右側(cè)背外側(cè)前額葉(DLPFC)施加閾下低頻rTMS 可降低自評焦慮及減少焦慮相關(guān)行為。此外，d’Alfonso 等人在健康被試右側(cè)DLPFC 施加低頻rTMS 后，被試選擇性注意憤怒的面孔，其解釋為通過對右半球的抑制起到抗焦慮作用［10］。為此，可嘗試將rTMS 作為干預(yù)手段，通過在運(yùn)動(dòng)員右側(cè)背外側(cè)前額葉(DLPFC)施加低頻rTMS 來降低賽前焦慮，即從中樞神經(jīng)系統(tǒng)對運(yùn)動(dòng)員的焦慮水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，將具有一定的理論意義和實(shí)踐意義。

大腦皮質(zhì)的神經(jīng)元具有生物電活動(dòng)，記錄腦電活動(dòng)是探討腦生理及心理活動(dòng)的一種基本研究手段。腦電圖(EEG)是眾所周知的、廣泛使用的大腦活動(dòng)可視化技術(shù)，EEG 中有節(jié)律的活動(dòng)代表大腦皮層神經(jīng)元突觸后電位活動(dòng)的同步化變化，可反映大腦皮層的機(jī)能狀態(tài)。腦電功率譜分析是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛、且較為成熟的腦電分析手段，可作為評價(jià)rTMS 刺激效果及其生理效應(yīng)的一種工具［11］。當(dāng)前研究證實(shí)了1 Hz，80%RMT，1 500 次rTMS(持續(xù)10 秒間隔2 秒)能夠較好地降低運(yùn)動(dòng)皮層的興奮性［12］，本研究擬采用該參數(shù)的rTMS 在運(yùn)動(dòng)員右側(cè)背外側(cè)前額葉(DLPFC)實(shí)施刺激，使用狀態(tài)焦慮量表和腦電功率譜進(jìn)行評價(jià)，用以考察其降低焦慮的作用及腦活動(dòng)特征，以便較好的理解低頻rTMS 的刺激效果及其神經(jīng)生物學(xué)效應(yīng)，為使用rTMS 降低運(yùn)動(dòng)員的賽前焦慮提供理論基礎(chǔ)。

本研究的假設(shè)為:低頻rTMS 刺激后被試的狀態(tài)焦慮降低，δ 波和θ 波的活動(dòng)增強(qiáng)，β 波的活動(dòng)減弱。

1 方法

1.1 被試

體校學(xué)生20 名，右利手，其中男、女各10 名，年齡14 ～20 歲，運(yùn)動(dòng)年限5 ～8 年，均為二級以上水平。被試經(jīng)過嚴(yán)格篩選，無既往病史、家族病史及精神類疾病，符合經(jīng)顱磁刺激(TMS)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及腦電測試標(biāo)準(zhǔn)。所有被試均自愿參加，且未參加過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，也不知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。告知被試?shí)驗(yàn)過程、可能的影響，并與其簽訂實(shí)驗(yàn)協(xié)議及付給相應(yīng)報(bào)酬。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用2×2×2 混合設(shè)計(jì)。研究中包含3 個(gè)因素:1)性別(G)，分男和女兩個(gè)水平;2)刺激方式，分磁刺激(S1)和假刺激(S2)兩個(gè)水平;3)測試時(shí)間，分刺激前(T1)和刺激后(T2)兩個(gè)水平。其中性別為組間因素，刺激方式和測試時(shí)間為組內(nèi)因素。

所有被試均接受兩種刺激方式的實(shí)驗(yàn)(即S1 和S2)，在接受每種刺激方式的實(shí)驗(yàn)時(shí)分別進(jìn)行前、后測(即T1 和T2)。被試按照性別進(jìn)行匹配后隨機(jī)分成兩組，一組按S1S2 的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，另一組按S2 S1的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩次實(shí)驗(yàn)間隔一周，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為14:30 ～17:30。要求被試在實(shí)驗(yàn)的當(dāng)天中午將頭洗干凈，實(shí)驗(yàn)前一天和實(shí)驗(yàn)當(dāng)天不要飲酒及服用興奮性或抑制性藥物，要保持正常的飲食和作息習(xí)慣。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

為了搞好省運(yùn)會(huì)的備戰(zhàn)工作，某體校在賽前2 周、賽前1 周時(shí)分別進(jìn)行了兩次模擬測試。模擬測試均安排在下午進(jìn)行，測試的前一天教練對具體工作做了布置和安排，同時(shí)告訴隊(duì)員測試時(shí)將有領(lǐng)導(dǎo)和其他隊(duì)員前來觀看，并會(huì)對測試的全過程進(jìn)行攝像。

第一次模擬測試的前一天采用特質(zhì)焦慮量表(T－AI)對被試進(jìn)行篩選，篩選出特質(zhì)焦慮得分較高且符合實(shí)驗(yàn)要求的被試(T－AI 量表得分大于50 分)。實(shí)驗(yàn)在測試的當(dāng)天上午進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)前簡單介紹實(shí)驗(yàn)程序及注意事項(xiàng)，并告知被試實(shí)驗(yàn)過程中如有不適隨時(shí)可終止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)先進(jìn)行狀態(tài)焦慮測試和腦電測試(T1)，然后使用經(jīng)顱磁刺激器實(shí)施刺激(S1 和S2)，刺激結(jié)束后再次進(jìn)行狀態(tài)焦慮測試和腦電測試(T2)。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

經(jīng)顱磁刺激器:Magtism RAPID2 型(英國Magtism公司)，標(biāo)準(zhǔn)蝶型70 mm 雙線圈，磁場強(qiáng)度為2.2 T。

定量數(shù)字腦電圖儀:SOLAR 1848(北京太陽電子科技有限公司)。

1.5 實(shí)施方法

磁刺激(S1):使用經(jīng)顱磁刺激器在被試右側(cè)背外側(cè)前額葉(DLPFC)施加刺激，刺激參數(shù)設(shè)置為1Hz，80%RMT，1500 次rTMS(持續(xù)10 秒間隔2 秒)。實(shí)施刺激時(shí)，被試舒服地坐在兩側(cè)有扶手的靠椅上，保持全身放松，線圈平面與顱骨表面相切，線圈兩圓相交處的中心位置正對Brodmann 9/46 區(qū)(位于國際標(biāo)準(zhǔn)腦電10 ～20 記錄系統(tǒng)Cz 點(diǎn)的前方5 cm，與正中失狀線平行的位置)［13］。

假刺激(S2):方法與磁刺激(S1)相同，操作時(shí)將輸出強(qiáng)度降低到20%，使之遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大腦皮層產(chǎn)生生理反應(yīng)的強(qiáng)度［14］。將假刺激作為對照組以避免安慰劑效應(yīng)。

靜息閾值(RMT):采用自帶的MEP 模塊(時(shí)間基值50ms，濾波通帶2 Hz－10K Hz)及其專用電極線記錄運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位(MEP)，記錄電極置于拇短展肌肌腹，參考電極置于遠(yuǎn)心端的肌腱，接地極置于手腕。線圈兩圓相交處的中心位置正對能誘發(fā)右手拇指展肌運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位(MEP)的位置(即國際標(biāo)準(zhǔn)腦電10 ～20記錄系統(tǒng)的Cz 點(diǎn))，在右手拇指展肌完全放松的情況下，找到連續(xù)10 次經(jīng)顱磁刺激中有5 次以上產(chǎn)生大于50μV 運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位(MEP)的最小磁刺激強(qiáng)度，作為靜息閾值(RMT)［15］。

狀態(tài)焦慮測試:采用狀態(tài)焦慮量表(S－AI)進(jìn)行測試，該量表由Spielberger 等人編制，由葉仁敏修訂，其包含20 個(gè)題目，采用1 ～4 級評定法進(jìn)行評定，得分越高表明焦慮程度越高，該量表具有較好的信、效度。

腦電測試:依據(jù)國際腦電圖學(xué)會(huì)及中國腦電圖學(xué)會(huì)的建議，按照國際標(biāo)準(zhǔn)腦電10－20 記錄系統(tǒng)放置電極，參照8 道儀器的導(dǎo)聯(lián)選擇方法，選用FP1、FP2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2 進(jìn)行單極引導(dǎo)，以雙耳連線為參考電極，前額正中接地保護(hù)，記錄被試安靜閉眼狀態(tài)下的腦電信號［16］。測試時(shí)被試坐在兩側(cè)有扶手的椅子上，要求其閉目、安靜、不思考，信號采集時(shí)間為10 分鐘，采樣頻率為256 Hz，時(shí)間常數(shù)為0.3 秒。

1.6 統(tǒng)計(jì)方法

使用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS15.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以M±SD 表示，顯著性水平定為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 狀態(tài)焦慮的變化

對男、女被試刺激前、后狀態(tài)焦慮的得分進(jìn)行重復(fù)測量方差分析(見表1)，組內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)顯示:刺激方式的主效應(yīng)極端顯著，F(xiàn)(1，18)=84.652，P ＜0.0005;刺激方式與性別的交互作用不顯著，F(xiàn)(1，18)=9.237，P=0.169;測試時(shí)間的主效應(yīng)極端顯著，F(xiàn)(1，18)=102.975，P ＜0.0005;測試時(shí)間與性別的交互作用不顯著，F(xiàn) ＜1;刺激方式與測試時(shí)間的交互作用極端顯著，F(xiàn)(1，18)=63.254，P ＜0.0005;刺激方式、測試時(shí)間及性別三個(gè)因素之間的三重交互作用不顯著，F(xiàn)(1，18)=6.776，P=0.113。組間效應(yīng)檢驗(yàn)顯示:性別的主效應(yīng)不顯著，F(xiàn) ＜1。

表1 刺激前、后狀態(tài)焦慮的得分

由于刺激方式與測試時(shí)間的交互作用極端顯著，進(jìn)一步簡單效應(yīng)檢驗(yàn)顯示:在S1(磁刺激)水平上，T(測試時(shí)間)的簡單效應(yīng)極端顯著，F(xiàn)(1，19)=87.698，P ＜0.0005;在S2(假刺激)水平上，T(測試時(shí)間)的簡單效應(yīng)不顯著，F(xiàn) ＜1。這些結(jié)果說明，測試時(shí)間效應(yīng)受刺激方式影響，磁刺激導(dǎo)致狀態(tài)焦慮得分降低，而假刺激未能導(dǎo)致狀態(tài)焦慮得分發(fā)生明顯改變。由此可見，磁刺激刺激后男、女被試的狀態(tài)焦慮均降低。

2.2 腦電功率譜的變化

依據(jù)國際腦電圖學(xué)會(huì)建議的標(biāo)準(zhǔn)劃分腦區(qū)，劃分為額部(F3，F(xiàn)4)、央部(C3，C4)、頂部(P3，P4)和枕部(O1，O2)(每個(gè)腦區(qū)均由左右兩部分的電極組成)［17］。按照Schwab 的腦電波分類方法［16］，將頻段參數(shù)設(shè)置為delta(δ)波:0.5 ～3Hz;theta(θ)波:4 ～7Hz;alpha(α)波:8 ～13Hz;beta(β)波:14 ～30Hz。對腦電信號進(jìn)行濾波(帶通0.5 ～30Hz)及偽差處理后，利用系統(tǒng)自帶程序計(jì)算出各頻段腦電波的功率值。對男、女被試額部、央部、頂部和枕部刺激前、后各頻段腦電波的功率值分別進(jìn)行重復(fù)測量方差分析(見表2 ～表5)。

額部δ 波、θ 波和β 波，央部θ 波，頂部θ 波，枕部δ 波和θ 波:組內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)顯示，刺激方式的主效應(yīng)極顯著或極端顯著(P≤0.01 或P≤0.001)，刺激方式與性別的交互作用不顯著(P ＞0.05)，測試時(shí)間的主效應(yīng)極端顯著(P≤0.001)，測試時(shí)間與性別的交互作用不顯著(P ＞0.05)，刺激方式與測試時(shí)間的交互作用極端顯著(P≤0.001)，刺激方式、測試時(shí)間及性別三個(gè)因素之間的三重交互作用不顯著(P ＞0.05);組間效應(yīng)檢驗(yàn)顯示，性別的主效應(yīng)不顯著(P ＞0.05)。由于刺激方式與測試時(shí)間的交互作用極端顯著(P ≤0.001)，分別進(jìn)一步進(jìn)行簡單效應(yīng)檢驗(yàn)顯示:在S1(磁刺激)水平上，T(測試時(shí)間)的簡單效應(yīng)極端顯著(P≤0.001);在S2(假刺激)水平上，T(測試時(shí)間)的簡單效應(yīng)不顯著(P ＞0.05)。由此可見，測試時(shí)間效應(yīng)受刺激方式影響，磁刺激(S1)導(dǎo)致上述腦電波的功率值發(fā)生變化，假刺激(S2)未能導(dǎo)致其功率值發(fā)生明顯改變。

額部α 波，央部δ 波、α 波和β 波，頂部δ 波、α 波和β 波，枕部α 波和β 波:組內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)顯示，刺激方式的主效應(yīng)不顯著(P ＞0.05)，刺激方式與性別的交互作用不顯著(P ＞0.05)，測試時(shí)間的主效應(yīng)不顯著(P ＞0.05)，測試時(shí)間與性別的交互作用不顯著(P ＞0.05)，刺激方式與測試時(shí)間的交互作用不顯著(P ＞0.05)，刺激方式、測試時(shí)間及性別三個(gè)因素之間的三重交互作用不顯著(P ＞0.05);組間效應(yīng)檢驗(yàn)顯示，性別的主效應(yīng)不顯著(P ＞0.05)。由此可見，磁刺激(S1)和假刺激(S2)均未能導(dǎo)致上述腦電波的功率值發(fā)生明顯改變。

綜上所述，從刺激前、后各頻段腦電波的功率值的變化可以看出，磁刺激(S1)刺激后男、女被試額部δ波和θ 波、央部θ 波、頂部θ 波、枕部δ 波和θ 波的活動(dòng)增強(qiáng)，額部β 波的活動(dòng)減弱。

表2 額部刺激前、后各頻段的功率值(μυ2)

表3 央部刺激前、后各頻段的功率值(μυ2)

表4 頂部刺激前、后各頻段的功率值(μυ2)

表5 枕部刺激前、后各頻段的功率值(μυ2)

3 討論

3.1 狀態(tài)焦慮的變化

rTMS 刺激過程中被試均未感到疼痛，未引起不適反應(yīng)，刺激后沒有產(chǎn)生不利影響。研究結(jié)果表明，rTMS刺激后男、女被試的狀態(tài)焦慮均降低，該結(jié)果與研究假設(shè)一致。前額葉參與許多復(fù)雜的認(rèn)知和行為功能，通過廣泛的皮層間及皮層下通路與邊緣系統(tǒng)聯(lián)系，是調(diào)節(jié)下丘腦一垂體一腎上腺(HPA)軸和自主神經(jīng)功能的重要部位［6，7］。低頻(≤1 Hz)rTMS 能夠抑制大腦皮層的興奮性［2，3］，此時(shí)在右側(cè)前額葉皮層施加適宜的低頻rTMS，則可降低其興奮性及減弱邊緣系統(tǒng)間的聯(lián)系。邊緣系統(tǒng)間聯(lián)系的減弱可降低下丘腦—垂體—腎上腺(HPA)軸和內(nèi)臟植物神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)［18］，從而起到抑制作用。此外低頻rTMS 還可促進(jìn)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ－氨基丁酸(簡稱GABA)的釋放［19］，GABA 的增加可引起交感節(jié)前神經(jīng)元發(fā)生抑制(氨基酸類遞質(zhì)是與交感節(jié)前神經(jīng)元形成突觸的軸突末梢釋放的重要遞質(zhì))，從而降低神經(jīng)元的活性及減慢神經(jīng)傳導(dǎo)速度的作用，起到抗焦慮的作用，于是使得被試的狀態(tài)焦慮降低。

3.2 腦電功率譜的變化

腦電功率譜分析是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛、且較為成熟的腦電分析手段［11］，本研究對被試額部、央部、頂部和枕部刺激前、后各頻段腦電波的功率值進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，rTMS 刺激后男、女被試額部δ 波和θ 波、央部θ 波、頂部θ 波、枕部δ 波和θ 波的活動(dòng)增強(qiáng)，額部β波的活動(dòng)減弱，該結(jié)果與研究假設(shè)基本一致。

δ 波是頻率介于0.5 至4 Hz 之間的慢波，正常成人一般在困倦或者睡眠狀態(tài)時(shí)才會(huì)出現(xiàn);θ 波的頻率介于4 至7 Hz，多見于有睡意或睡眠狀態(tài)，同入睡表象、困倦及睡眠時(shí)的低警戒水平等心理狀態(tài)相連，被認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制狀態(tài)的一種表現(xiàn)［20］;α 波的頻率介于8 至13 Hz，在清醒，安靜和閉目時(shí)出現(xiàn)，睜眼、思考問題或受其它刺激時(shí)，出現(xiàn)alpha 波阻斷現(xiàn)象;β 波的頻率介于14 至30 Hz，它是一種快波，同警覺性增加、喚醒和激動(dòng)相連［21］，當(dāng)精神緊張、情緒激動(dòng)或興奮時(shí)會(huì)出現(xiàn)，被認(rèn)為是大腦興奮、喚醒狀態(tài)的一種表現(xiàn)［20］。本研究在被試右側(cè)背外側(cè)前額葉(DLPFC)施加低頻rTMS 后，被試額部δ 波和θ 波、央部θ 波、頂部θ 波、枕部δ 波和θ 波的活動(dòng)增強(qiáng)，表明其倦意增加、警戒水平降低，中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制作用增強(qiáng);額部β 波的活動(dòng)減弱，表明其興奮性降低、喚醒水平降低。在正電子發(fā)射斷層掃描(PET)研究中，Speer(2000)［22］等人給被試施加10 天20 Hz 的rTMS 后，發(fā)現(xiàn)不僅刺激區(qū)域即左側(cè)前額葉的區(qū)域皮層血流量(rCBF)顯著增加，而且功能和解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的區(qū)域的rCBF 也出現(xiàn)顯著增強(qiáng)。Knoch(2006)［23］等人在被試左側(cè)DLPFC 施加一次10Hz 的rTMS 也得出類似的結(jié)果。由于rTMS 刺激后刺激區(qū)域及其相關(guān)區(qū)域均發(fā)生了相應(yīng)的變化，從而使得被試額部、央部、頂部和枕部腦電波的功率值產(chǎn)生了相應(yīng)的改變［14］。

總之，本研究在被試右側(cè)DLPFC 施加1Hz，80%RMT，1 500 次rTMS(持續(xù)10 秒間隔2 秒)后，男、女被試的狀態(tài)焦慮均降低，其腦電活動(dòng)的變化在一定程度上可以解釋低頻rTMS 的神經(jīng)生物學(xué)效應(yīng)，為使用rTMS 降低運(yùn)動(dòng)員的賽前焦慮提供了理論基礎(chǔ)。將rTMS 作為干預(yù)手段，從中樞神經(jīng)系統(tǒng)對運(yùn)動(dòng)員的賽前狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，將具有一定的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。在今后的研究中，一方面可結(jié)合功能成像技術(shù)如fMRI、PET 等對rTMS 的刺激效果進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證;另一方面應(yīng)加強(qiáng)rTMS 的應(yīng)用研究，以便在實(shí)踐中能夠較好地應(yīng)用。

4 結(jié)論

在運(yùn)動(dòng)員右側(cè)背外側(cè)前額葉(DLPFC)施加1 Hz，80%RMT，1 500 次rTMS(持續(xù)10 秒間隔2 秒):1)可起到降低賽前焦慮的作用;2)rTMS 刺激后額部δ 波和θ 波、央部θ 波、頂部θ 波、枕部δ 波和θ 波的活動(dòng)增強(qiáng)，額部β 波的活動(dòng)減弱;rTMS 刺激后腦電(EEG)的變化在一定程度上可以對其神經(jīng)生理效果進(jìn)行解釋。

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