运动障碍疾病是运动表现及运动控制异常的一类神经科临床常见疾病,主要表现为多种形式的姿势异常以及不自主运动,严重发作时可丧失正常的工作及生活自理能力。此类疾病包括抽动秽语综合征(Tourette’s syndrome,TS),帕金森氏病,肌张力障碍,震颤,亨廷顿氏病,中风后运动功能障碍等。治疗方法主要为药物和深部脑刺激术(Deep brain stimulation,DBS)。但药物治疗副作用大,而DBS损伤大,价格昂贵。重复经颅磁刺激(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)作为一种安全、无创、易操作的脑刺激技术,已引起越来越多神经科学家和临床医生的重视。rTMS的刺激效果在被刺激部位累积,能够维持数小时至数天,从而发挥调控和治疗作用。常用的运动区刺激靶点多为位于初级运动区附近的手运动热点(hotspot),而该靶点的临床疗效不佳,寻找合适的刺激靶点是此类研究的焦点之一。rTMS的治疗效果与刺激靶点的选择密切相关,精准定位靶点可以更有效地缓解运动症状。本研究的目的是为临床治疗运动障碍类疾病提供个体化精准定位的刺激靶点。本文分三个研究。研究一,对比功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)定义的动手任务激活点和TMS定义的手运动热点,确定刺激效果更佳的靶点可能是动手任务激活点,因为其与运动认知相关的脑区有更强的功能连接;研究二,对动手任务激活点分别进行高、低频刺激,采用局部脑功能指标确定可以产生更佳调控效果的频率及能够被调控的脑区;研究三,在运动障碍模型上(抽动秽语综合征)对fMRI定位靶点的方法和局部脑功能指标这一评估手段进行验证。研究一探讨了fMRI定义的动手任务激活点与TMS定义的手运动热点在定位上的差异,及由此可能产生的rTMS调控效果的差异。在二十世纪九十年代,fMRI和正电子发射计算机断层成像发现位于中央沟的“middle knee”,也就是“hand knob”,在执行动手任务时信号强度和局部血流变化最大,而TMS刺激此处时引发手部肌肉运动诱发电位也最大(即运动热点),因此有研究认为动手任务激活点等同于运动热点。然而,近年来多项研究报告了两种方法定位的区域并不重叠。本研究在30名健康被试群体上,测量了两种方法定位的不同,并比较了两个位点的静息态脑功能网络的差异。发现fMRI动手任务激活点和TMS手运动热点存在解剖位置上的差异,fMRI动手任务激活点比TMS手运动热点更靠大脑外侧;两个位点的静息态功能网络也存在显著差异,动手任务激活点较手运动热点,在双侧运动前区、脑岛、壳核和右侧苍白球都有更强的功能连接。研究结果提示,由于与运动认知功能相关脑区功能连接更强,fMRI动手激活点作为rTMS刺激靶点可能会比手运动热点在相关脑区获得更广泛,更强的远隔效应,从而获得对运动功能更好的干预效果。研究二通过分析刺激前、后的fMRI局部一致性指标,探索了高、低频rTMS引起的远隔脑区功能活动的差异。一般认为,低频(≤1 Hz)产生抑制效应,而高频(≥5 Hz)产生易化效应。然而,这种效应的评估方法基于刺激引起的运动诱发电位(motor evoked potentials,MEPs),没有考虑对其他脑区的影响。为了测试rTMS对远隔脑区的调控作用,研究采用被试内设计,31名健康被试分3天分别进行了3次rTMS测量(10 Hz高频,1 Hz低频,假刺激)。刺激靶点采用研究一确定的个体化fMRI动手激活点。功能连接是评价rTMS调控效果的常用指标,但功能连接反应的是两个脑区之间的关系,无法准确定位究竟哪个脑区被rTMS调节了。因此,在研究二中,采用局部一致性指标作为功能连接的补充。局部指标能够准确定位受调节的脑区。研究结果发现,与假刺激相比,高频(10 Hz)刺激显著提升了右侧小脑的局部一致性值,而低频(1 Hz)刺激并没有引起显著变化。结果提示,高频rTMS能够在远隔脑区获得更显著的调控效果。抽动秽语综合征是世界范围的一种运动障碍类疾病,发病机制不明,目前无有效的治疗方法,且药物副作用大,严重影响病人学习和生活。研究三以抽动秽语综合征作为运动障碍的模型,探索rTMS刺激运动区对运动障碍的治疗作用。研究采用随机双盲对照试验(double-blind Randomized Controlled Trial,RCT)设计,对临床常用的刺激靶点即辅助运动区,分别对fMRI定义的个体化精准刺激靶点和传统定位靶点(脑电10-20系统定位的辅助运动区)进行刺激,并对刺激结果进行评估,考察两种刺激靶点的有效性。结果显示,与传统定位相比,fMRI定义的个体化精准定位靶点在广泛的运动控制相关(即疾病相关)脑区引起了功能改变,对部分病人的抽动症状有缓解作用。本文中三个研究结果表明:通过fMRI脑功能局部指标能够准确定位那些被高频rTMS(fMRI动手激活点为刺激靶点)调节的脑区,个体化精准刺激辅助运动区可以调控运动障碍(抽动秽语综合征)病人相关脑区的局部功能,并对部分病人的抽动症状有缓解作用。