《NeuroImage》：Differential modulation of sensorimotor beta oscillations by beta tACS alone and combined repetitive paired-pulse TMS with tACS
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背景：经颅交流电刺激（tACS）在β频率下联合重复配对脉冲经颅磁刺激（rPPS）相较于单独应用任一种刺激，能在初级运动皮层（M1）产生不同的皮层兴奋性后效应。传感器运动β振荡广泛涉及静息态活动、以及相位性和持续性运动。然而，联合刺激是否能调节振荡活动尚不清楚。
背景：经颅交流电刺激（tACS）在β频率下联合重复配对脉冲经颅磁刺激（rPPS）相较于单独应用任一种刺激，能在初级运动皮层（M1）产生不同的皮层兴奋性后效应。传感器运动β振荡广泛涉及静息态活动、以及相位性和持续性运动。然而，联合刺激是否能调节振荡活动尚不清楚。
目的：探究联合刺激对传感器运动β振荡的影响。
方法：研究人员应用了与β tACS峰值相位同步的rPPS脉冲（rPPS-tACS）、联合假tACS的rPPS（单独rPPS）或无rPPS的tACS（单独tACS）。在干预前后测量了皮质-肌肉相干性（CMC）、运动相关β去同步化（MRBD）、运动后β反弹（PMBR）以及静息态和CMC任务期间的β功率，以评估其对传感器运动β振荡的影响。
结果：rPPS-tACS增加了CMC并降低了非周期性偏移。在rPPS-tACS条件下，观察到CMC调节与β爆发率之间存在强相关性。单独tACS增加了静息β功率，而单独rPPS未调节任何测量值。此外，尽管rPPS-tACS和单独tACS都增加了PMBR，但它们的后效应分别出现在高β和低β振荡中。
结论：研究结果提示，在M1上应用rPPS-tACS和单独tACS可能调节支撑传感器运动β振荡的不同神经群体。本研究采用的rPPS联合β tACS的联合刺激方法，可能为阐明这些振荡的多样化功能角色提供一种有用的途径。
一、研究背景与问题
神经振荡产生于神经集群间的动态相互作用，反映了局部回路的内在活动及远距离网络间的功能连接。在感觉运动皮层，β节律（15-30 Hz）与运动行为和感觉运动整合尤为相关。在稳态等长肌肉收缩期间，感觉运动皮层的神经活动与收缩肌肉活动在β频段同步，这被称为皮质-肌肉相干性（CMC）。在相位运动中，感觉运动皮层的β带功率表现出与运动锁时的短暂增加和减少，即运动相关β去同步化（MRBD）和运动后β反弹（PMBR）。此外，自发的β活动在静息态中被观察到。传感器运动振荡可能扮演多种功能角色，但其精确机制仍不明确。
经颅交流电刺激（tACS）是一种非侵入性神经调节技术，已知可夹带神经振荡并调节脑功能。既往研究表明，20 Hz tACS以频率依赖性方式增加运动诱发电位（MEP）波幅。结合tACS与经颅磁刺激（TMS）方案作为一种促进大脑可塑性的新技术受到关注。研究人员已系统性地研究了与tACS同步的重复配对脉冲TMS（rPPS）的效果。rPPS方案以1.5 ms脉冲间隔（IPI）重复施加配对脉冲TMS，可在初级运动皮层（M1）诱导短暂的皮层兴奋性易化。然而，rPPS-tACS对感觉运动皮层β振荡的影响尚未得到全面研究。因此，本研究旨在探索性调查rPPS-tACS如何影响感觉运动β活动的多种神经生理学特征。
二、研究目的
本研究旨在评估rPPS-tACS、单独rPPS及单独tACS对多种β振荡功能的后效应，包括等长收缩期间的CMC和β爆发、手指捏力任务期间的MRBD和PMBR，以及静息态脑电图（EEG）和CMC任务期间的β功率。
三、关键技术方法概述
本研究招募了20名右利手健康参与者。实验采用了三种刺激条件：rPPS脉冲与β tACS峰值相位同步（rPPS-tACS）、联合假tACS的rPPS（单独rPPS）、以及无rPPS的tACS（单独tACS）。tACS（20 Hz, 1 mA 峰峰值）通过电极施加于左侧M1“热点”和顶叶中线Pz。rPPS以1.5 ms IPI的配对脉冲每5秒施加一次，持续15分钟。在干预前后，记录了参与者执行等长捏力（CMC任务）、静息注视以及快速手指捏力任务期间的EEG和肌电图（EMG）信号。通过频谱和相干分析、β爆发检测、事件相关谱扰动（ERSP）以及非周期性成分参数化等方法，量化了多种β振荡指标。使用广义线性混合模型（GLMM）等统计方法分析了刺激条件间的差异。
四、研究结果
3.1. rPPS-tACS对CMC和β爆发的后效应
与单独rPPS相比，rPPS-tACS显著增强了CMC。在rPPS-tACS条件下，干预后的CMC相较于基线水平也显著升高。β爆发参数（爆发率、振幅、持续时间）在三种条件间无显著差异。然而，在rPPS-tACS条件下，CMC的调节与β爆发率呈强正相关，而在单独rPPS和单独tACS条件下未观察到这种相关性。
3.2. tACS增强静息期而非等长收缩期的β振荡
在CMC任务期间，各刺激条件对个体β峰值频率（IBF）功率均无显著调节作用。然而，rPPS-tACS导致非周期性偏移相较于基线显著降低，而单独rPPS和单独tACS无此变化。对于静息态EEG功率谱，单独tACS增加了IBF功率，与单独rPPS和rPPS-tACS相比有显著差异。单独tACS后的IBF功率也显著高于干预前水平。各条件对非周期性偏移和指数参数无显著主效应，但探索性分析显示rPPS-tACS在干预后显著降低了偏移。
3.3. rPPS-tACS和tACS对PMBR的不同后效应
反应时在各刺激条件间无显著差异。聚类置换检验显示，干预前后比较中，rPPS-tACS和单独tACS条件存在显著差异。rPPS-tACS在20.5-30.5 Hz的高β范围和903-1026 ms的时间窗口增强了PMBR。单独tACS则在11.5-19.0 Hz的低β范围和522-803 ms的时间窗口增强了PMBR。两种刺激均未影响MRBD。
五、讨论与结论总结
研究人员在讨论中指出，感觉运动β振荡由感觉运动系统内广泛的神经和肌肉元素群的节律性、同步活动所反映。CMC依赖于从皮层到外周的下行通路以及本体感觉反馈的贡献。rPPS-tACS可能调节了由M1与外周之间的神经元环路支撑的感觉运动β振荡，从而影响了CMC。本研究中，rPPS-tACS增加了CMC但与β爆发参数无直接关联，然而CMC调节与β爆发率的相关性表明，β爆发动力学可能与皮质-肌肉耦合反应的个体差异有关。
rPPS-tACS增加了CMC但未改变静息或CMC任务期间的β功率，而单独β tACS增加了静息态EEG的β功率但不影响CMC幅度，这表明CMC与β功率之间关联性较弱。这与先前研究一致，提示β tACS的效果可能更多与抑制性网络相关。
在ERSP分析中，rPPS-tACS和单独tACS分别在高β和低β范围增强了PMBR，但均未影响MRBD。这提示β振荡的功能可能因相对于运动的时间窗口和频率波段而异。低β可能具有“抗运动”角色，而高β可能反映注意力和感觉预期。因此，单独β tACS可能通过低β振荡调节运动控制，而rPPS-tACS可能通过高β振荡调节需要节律性时间预测的运动。
关于非周期性成分，rPPS-tACS降低了偏移而不影响指数，提示其可能对神经放电活动产生广泛影响，而不显著改变兴奋-抑制（E/I）平衡。这反映了对皮层兴奋性的任务非依赖性调节效应。
研究结论翻译：
研究结果表明，rPPS-tACS方案增强了CMC（而非β功率），并增加了高β范围内的PMBR。相比之下，单独β tACS调节了静息β功率和低β PMBR。这些发现提示，rPPS-tACS可能构成一种调节β振荡活动的新策略，其作用目标不同于单独tACS，突出了其在神经康复中的潜在应用价值。
