經(jīng)顱磁刺激-腦電成像系統(tǒng)

白洋，李小俚

1.燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.北京師范大學(xué) 認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室，北京100875

經(jīng)顱磁刺激-腦電成像系統(tǒng)

白洋1，李小俚2

1.燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.北京師范大學(xué) 認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室，北京100875

欄目主編：李小俚

李小俚，博士，二級教授和博士生導(dǎo)師，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，德國洪堡學(xué)者、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃獲得者和河北杰出青年科學(xué)基金獲得者?，F(xiàn)任北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室副主任，北京腦重大疾病防治研究院特聘專家。且1998年4月至2009年6月，先后在香港城市大學(xué)、德國漢諾威大學(xué)、香港中文大學(xué)和英國伯明翰大學(xué)從事科研工作。主要從事神經(jīng)信息與工程、自動智能狀態(tài)監(jiān)控、微弱信號檢測與信號處理等領(lǐng)域的研究工作。至今在國際期刊上發(fā)表論文150多篇，SCI收錄145篇。

經(jīng)顱磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation，TMS）是在通過高壓大電容瞬時放電產(chǎn)生變化的磁場。TMS技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于多種神經(jīng)生理學(xué)研究，包括神經(jīng)興奮性、神經(jīng)抑制性及神經(jīng)可塑性研究等。近年來，TMS與腦電圖（EEG）成像技術(shù)的融合已成為研究大腦功能和大腦活動的重要工具。本文主要介紹了TMS-EEG成像系統(tǒng)中的技術(shù)難題以及相關(guān)研究進展。

經(jīng)顱磁刺激；腦電；腦調(diào)控

1 經(jīng)顱磁刺激與腦電圖成像技術(shù)

經(jīng)顱磁刺激（Transcranial Magnetic Stimulation，TMS）是在通過高壓大電容瞬時放電產(chǎn)生變化的磁場。通過控制電子開關(guān)，可以在刺激線圈上在1 ms內(nèi)流過數(shù)千安培的脈沖電流，從而在刺激線圈表面產(chǎn)生高達(dá)1～4特斯拉的變化磁場。TMS產(chǎn)生的磁場可以穿過顱骨實現(xiàn)對腦組織的非侵入式刺激；此外，磁場不會在腦組織中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，從而被刺激者幾乎不會感覺到疼痛，所以相比電刺激，TMS是一種無痛刺激。近年來對人腦感知和認(rèn)知功能的研究已成為熱點，TMS技術(shù)逐漸成為運用于腦功能研究的重要工具[1]。在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)常使用TMS在特定的時間對特定腦區(qū)施加刺激來研究刺激腦區(qū)相對應(yīng)的功能活動[2]。因此，TMS成為用來研究腦與行為之間的因果關(guān)系的開創(chuàng)性工具[3]。隨著研究的深入，逐漸出現(xiàn)了多種腦監(jiān)測手段用來評價TMS對腦區(qū)刺激的效果，比如fMRI、fNIRS、PET等。這些方法各有利弊，其中TMS與腦電（Electroencephalogram，EEG）技術(shù)的結(jié)合由于其具有簡便和較高時間分辨率等優(yōu)點而受到了廣大科研工作者的推崇。

EEG信號是指通過在頭顱上放置多個電極檢測到的神經(jīng)元電活動。這些電信號主要由神經(jīng)元同步放電并經(jīng)由顱骨傳導(dǎo)到頭皮表面。靜息狀態(tài)下的EEG可以用來對腫瘤、癲癇等腦疾病進行臨床診斷。相反，當(dāng)受到感知刺激時，EEG會出現(xiàn)比靜息狀態(tài)能量更強的誘發(fā)動作電位。這種誘發(fā)電位可以用來研究包括感情處理或認(rèn)知刺激在內(nèi)的神經(jīng)生理學(xué)機制。作為一種神經(jīng)圖像技術(shù)，EEG也存在固有缺陷。例如EEG只能證明腦活動與行為之間具有相互關(guān)系，但不能表征這種關(guān)系的具體內(nèi)容。但是其與TMS技術(shù)結(jié)合能很好地克服這個缺陷。研究TMS刺激下的EEG信號可以提供腦功能與行為之間直接關(guān)系；同時，EEG也可以為TMS對腦區(qū)刺激的效果提供高時間、空間分辨率的評價。另外，TMS-EEG結(jié)合所能發(fā)揮出來的功能也取決于科研者的實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理能力。圖1展示了結(jié)合TMS與EEG進行腦調(diào)控研究的實驗裝置。雖然TMS與EEG的結(jié)合可以給腦科學(xué)研究帶來諸多便利，但是二者結(jié)合并不是簡單的技術(shù)堆疊。本文將重點介紹TMS與EEG成像技術(shù)結(jié)合的技術(shù)難點以及取得的進展。

圖1 TMS-EEG進行腦調(diào)控研究

2 TMS與EEG成像系統(tǒng)結(jié)合的技術(shù)難點及進展

TMS與EEG結(jié)合并不是簡單的技術(shù)堆疊，二者的結(jié)合需要克服很多技術(shù)問題。比如使用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)將EEG系統(tǒng)與TMS結(jié)合，TMS脈沖后幾百毫秒內(nèi)將會在電極處產(chǎn)生很大的電流噪聲，使EEG放大器飽和而不能實現(xiàn)對腦電信號的采樣。即使過了這段時間，TMS設(shè)備的線圈充電同樣會在EEG放大器中產(chǎn)生很大的噪聲干擾。此外，如果使用標(biāo)準(zhǔn)EEG電極，當(dāng)TMS線圈與電極接觸時，變化的磁場在電極中產(chǎn)生的較大的電流回路將會損壞電極；并且電流回路會產(chǎn)生熱量，電極迅速升溫會灼傷皮膚。因此，TMS下的EEG信號采集需要采用特殊設(shè)計的EEG系統(tǒng)和電極。再者，在TMS下采集的EEG信號中不可避免地存在多種噪聲，這些噪聲信號嚴(yán)重干擾了EEG信號中的節(jié)律信息。因此，TMS與EEG結(jié)合中，特殊的噪聲處理方法也是關(guān)鍵難點。除此之外，為了能夠有效地結(jié)合TMS和EEG用于腦功能研究，TMS設(shè)備需要提供更為精準(zhǔn)的刺激，這對TMS刺激的聚焦性和深度提出了很高的要求。

2.1 電極

腦電電極的作用是從頭皮上采集電勢信號，而想要在TMS刺激下的惡劣電磁環(huán)境中采集到腦電信號，并不是普通腦電電極就能完成的。TMS下的電極必須要滿足如下條件：具有足夠小的直徑以保證電極不會過熱燙傷皮膚；包裹有合適的表面材料，保證電極不會被變化磁場產(chǎn)生的電流影響。目前有兩種方法來減少電極中電流渦流加熱：①減少電流回路的面積或者降低電極的傳導(dǎo)性。在1999年，Virtanen等[4]使用了一種帶豁口的盤狀電極，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電極中產(chǎn)生的熱量降低了一個量級；②使用很小的丸狀電極，減少電極面積從而達(dá)到降低熱量的效果。2005年Thut等[5]使用了一種導(dǎo)電塑料電極，電極外包裹有銀膠，這樣會產(chǎn)生Ag/AgCl的表面來保證高質(zhì)量的電信號記錄。目前在商業(yè)TMS-EEG系統(tǒng)中使用最多的還是Ag/AgCl材料的丸狀電極。

2.2 放大器

記錄TMS下的腦電反應(yīng)的第一道門檻就是TMS脈沖在電極回路、放大器回路以及頭皮回路中產(chǎn)生的高電勢。這種高電勢將湮沒腦電節(jié)律信號，形成大幅值的噪聲使得放大器飽和。放大器要經(jīng)過近1 s才能從TMS誘發(fā)的高電勢中恢復(fù)。為了能夠檢測到頭皮的微弱電位，EEG放大器需要很高的靈敏度。在早期TMS-EEG研究中，通常只選擇使用少量的腦電電極放置于遠(yuǎn)離TMS線圈的位置[4]。這種方法避免了TMS誘發(fā)噪聲對放大器的影響，但是弱化了TMS與EEG結(jié)合的功能，所以早期只有少量關(guān)于TMSEEG研究的報道[6]。2003年Iram ina等[7]設(shè)計了一種包含一個衰減器和一個半導(dǎo)體開關(guān)的腦電放大器。放大器使用了采樣衰減的策略，在TMS產(chǎn)生了高電位的時間里，放大器衰減整個信號；并且放大器在TMS脈沖前10 ms時選擇關(guān)斷，在TMS脈沖后1 ms打開，這樣放大器只保留了近10 ms的TMS誘發(fā)噪聲。隨后，更加有效的方法是Virtanen[4]在1999年改良（后來被NexstimOy公司商業(yè)化）的一套60通道TMS下兼容的EEG系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了增益控制和采樣保持電路，阻止了大電勢噪聲流經(jīng)放大器回路。采樣保持電路使得腦電電極可以采集到TMS脈沖后幾毫秒之后的數(shù)據(jù)，但是靠近刺激線圈的電極依然會在脈沖后30 ms內(nèi)記錄到殘留的噪聲。此外，Ives等[8]開發(fā)了一套限制轉(zhuǎn)換率的放大器，這樣TMS脈沖就不會使電子器件飽和。但是這套系統(tǒng)并沒有完全去除電勢噪聲，這種方法的缺點是產(chǎn)生了信號的漂移，不能自動回歸到基線。隨后，Veniero等[9]在2009年研究了BrainAmp放大器中TMS誘發(fā)的噪聲。這種放大器允許調(diào)節(jié)靈敏度來匹配不同的TMS脈沖強度，這使得不用采樣保持電路而實現(xiàn)EEG信號的連續(xù)采集成為了可能。系統(tǒng)記錄的信號顯示磁脈沖產(chǎn)生的噪聲持續(xù)將近5 ms，之后信號趨于回歸到基線水平。但是，上述放大器方案都有一個局限性，就是需要設(shè)計專用的硬件系統(tǒng)。目前很多改進的放大器技術(shù)的出現(xiàn)打破了這個局限[10]。比如增加模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度以及全帶寬設(shè)計可以使放大器在TMS脈沖飽和后迅速恢復(fù)并記錄EEG數(shù)據(jù)。據(jù)報道，使用這種方法EEG在TMS脈沖后的恢復(fù)時間可以縮小到6 ms內(nèi)，并且不受TMS脈沖強度和高頻脈沖時間的影響[11]。但是盡管恢復(fù)時間很快，TMS刺激時的電極依然可記錄到殘留的噪聲。

2.3 噪聲

在TMS與EEG結(jié)合的過程中，存在的最大的難題就是噪聲污染。除了在放大器設(shè)計中考慮的TMS脈沖產(chǎn)生的大電勢噪聲，還存在很多噪聲源。比如TMS線圈與頭皮的電容耦合或者對地回路干擾都會損害到EEG信號的采集。即使電磁干擾噪聲能被成功地消除，其他噪聲問題依舊存在。其中以下幾種噪聲干擾最為突出：眼電噪聲、肌電噪聲、電極噪聲和感知噪聲。

正常人每個眼球都有幾毫伏的穩(wěn)定電壓。因此，眼球的活動會在頭皮上產(chǎn)生一個比正常腦電信號大得多的瞬時電壓。正常眼球向下翻轉(zhuǎn)10°會產(chǎn)生一個的負(fù)電壓。當(dāng)TMS刺激到控制眼球活動的腦區(qū)域或相連的眼部肌肉在受到脈沖的驚嚇時，TMS會引起眼動或者眨眼。這種眨眼信號的能量比腦電活動信號高出幾倍。目前，已經(jīng)提出新方法應(yīng)對TMS下EEG中耦合眼電的問題，其中最普遍的是在靠近眼睛的部位單獨放置電極以監(jiān)控眼電的發(fā)生。在實驗過程中，也有要求被試者盯住顯示屏上的固定點以減少眼電的發(fā)生。在后續(xù)EEG數(shù)據(jù)處理過程中，也發(fā)展了很多種眼電去噪方法，比如獨立成分分解和主要成分分析等。

當(dāng)受到TMS脈沖刺激時，靠近EEG電極的頭皮表層肌肉會產(chǎn)生約30 ms的肌電信號混合到EEG采集中。這些肌電較EEG能量更強，可能會破壞EEG信號中的腦電活動信息。相比其他區(qū)域，TMS脈沖更容易誘發(fā)諸如面部、前額、顳葉及咀嚼肌肌電。在具體TMS實驗中，肌電噪聲可以通過移動TMS線圈重新定位來避免。當(dāng)然誘發(fā)肌電的大小也與TMS脈沖的強度有關(guān)，比如低于90％運動閾值的TMS強度，會很大程度地降低肌電信號。在這樣的TMS強度下，EEG反應(yīng)信號依舊是可靠的[12]。

電極噪聲主要包括電極移動噪聲和電極極化噪聲。當(dāng)一個極化的電極接觸到電解質(zhì)就會在其接觸面形成電勢差。如果電極相對電解質(zhì)產(chǎn)生移動，這種移動會打亂接觸面上的電勢分布，并導(dǎo)致一個瞬時電勢變化直至慢慢恢復(fù)電荷平衡。這種電勢變化就是所謂的移動噪聲，這種噪聲會影響EEG信號質(zhì)量。因為線圈的脈沖振動和被試者的動作會在電極上產(chǎn)生移動噪聲，所以在實驗過程中必須避免電極與TMS線圈直接接觸[13-14]。有報道稱在皮膚和電極的接觸面上加上500 g的重量將會產(chǎn)生大約5 mV的電勢變化[15]。此外，存儲在電極到皮膚間的電勢也可能會在EEG信號中產(chǎn)生噪聲，盡管這種噪聲還沒有得到系統(tǒng)研究[5,16]。目前也有研究表示清潔皮膚或者刺破皮膚以短接電極和皮膚，可以有效地減少這種噪聲的發(fā)生，但是要徹底解決這個問題還需要進行大量的探索性工作。

TMS線圈的電磁能量會產(chǎn)生一個最大120 dB的“嗒”聲，這個聲音會明顯地激活被試者的聽覺系統(tǒng)，并在EEG信號中產(chǎn)生一個誘發(fā)信號。這種誘發(fā)信號很容易被誤解為有用信號。通常在實驗過程中，會給被試者帶上耳塞以減弱這種線圈噪聲的影響。一般情況下，一副質(zhì)量好的耳塞可以有效降低聽覺噪聲的影響，但是不能完全消除，因為線圈噪聲會通過頭骨傳播，同樣會誘發(fā)聽覺電信號。因此，為了保證完全消除聽覺反應(yīng)，有人提出使用一種與TMS線圈具有相同頻譜的偽裝噪聲來最小化噪聲能量[17]。

為了解決TMS與EEG結(jié)合中的噪聲問題，最近很多研究提出了離線噪聲去除方法。其中最簡單的是直接舍棄噪聲信號，但是這樣會使得大量有用信息被舍棄。Bender和他的合作者[18]提出了基于phantom頭模型使用記錄模板噪聲的方式來從EEG中去除噪聲干擾，但是隨后研究發(fā)現(xiàn)這種方法并不能完全表示人頭皮記錄的噪聲。更加先進的噪聲去除方法是主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）[19]和獨立分量分析（Independent Component Analysis，ICA）[20]。在這些方法實現(xiàn)過程中，PCA或者ICA用來檢測并去除TMS誘發(fā)信號中的噪聲成分。

筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)TMS脈沖作用于前額位置特別是靠近眼睛時，將誘發(fā)一種眼電和肌電的混合噪聲。這種混合噪聲給TMS研究前額葉相關(guān)腦區(qū)帶來難題。這種混合噪聲中，眼電和面部肌電具有相似的空間和時間重疊。傳統(tǒng)的PCA和ICA的方法可以有效地去除獨立的眼電或者肌電噪聲，但對于這種混合噪聲無能為力。經(jīng)過多種嘗試，筆者提出了一種結(jié)合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）和典型相關(guān)分析（Canonical Correlation Analysis，CCA）的去噪方法作為ICA的后續(xù)處理方法用來去除這種TMS誘發(fā)的混合噪聲。圖2展示了這種去噪方法，并與其他幾種方法進行了對比。通過這種方法去噪，成功得到了TMS作用于前額葉誘發(fā)的腦電反應(yīng)電位。

圖2 結(jié)合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和典型相關(guān)分析的去噪方法

盡管這些方法的出現(xiàn)給TMS下EEG的去噪帶來了曙光，但是仍存在很多缺陷。目前尚沒有任何一種方法可以用來證明去掉的噪聲成分中是否含有有用的腦電噪聲。因此，TMS下EEG去噪算法還有待進一步研究，TMS-EEG結(jié)合中EEG去噪還有很多工作需要開展。

2.4 線圈

隨著科學(xué)界出現(xiàn)使用雙脈沖TMS評價腦區(qū)內(nèi)功能連接和同半球因果區(qū)域研究的熱潮，TMS線圈的大小成為了一個局限。專門為此應(yīng)用而特別設(shè)計的縮小化線圈已經(jīng)被應(yīng)用到諸如對同半球背頁側(cè)運動區(qū)和初級運動區(qū)的研究[21]。但是，還需要對現(xiàn)有線圈進行更加科學(xué)地改進。比如，隨著線圈減小，要達(dá)到相同的刺激效果，所需要的電流就會增加。此外，更小的線圈會迅速發(fā)熱，在很大程度上限制了刺激的時間間隔和頻率。而對于標(biāo)準(zhǔn)的70 mm 、8字形的線圈，在重復(fù)刺激過程中的線圈發(fā)熱通常使用激活冷卻系統(tǒng)（水冷或風(fēng)冷）來降溫。

另一個TMS的關(guān)鍵技術(shù)改進就是要提高刺激的聚焦性和穿透深度。一般來說，更大維度的線圈可以產(chǎn)生更深的刺激，但是更小的線圈可以提高刺激的聚焦性。這成為TMS運用于臨床研究和基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究的短板，因為不聚焦刺激，會影響到非研究腦區(qū)的活動；而刺激深度不夠，限制了研究腦區(qū)的活動，要解決這種矛盾則需要設(shè)計更加先進的線圈。對于目前標(biāo)準(zhǔn)的8字形線圈，其聚焦區(qū)域大概有1到2個，而有效刺激深度約為2.5 cm，刺激區(qū)域的大小取決于線圈的形狀和組織分布[22]。TMS誘發(fā)的電場強度會隨著距離增加迅速衰減，所以對于標(biāo)準(zhǔn)8字形線圈，TMS刺激的最大有效深度局限于皮層、小腦和脊髓組織結(jié)構(gòu)。而對于更深組織的刺激，例如扣帶回等則需要更加先進的線圈設(shè)計。近年來，TMS線圈的設(shè)計工作一直倍受關(guān)注，其中發(fā)展了各式各樣的線圈類型來提高聚焦性和刺激深度，比如錐形線圈、碗狀線圈、線圈陣列等。Park工作組[23]在2013年發(fā)展了一種新的微型磁刺激線圈，開創(chuàng)性地將微型線圈植入腦組織中。這種線圈解決了深部腦刺激器與腦組織兼容性的問題，同時實現(xiàn)了精確刺激。

3 總結(jié)

TMS-EEG發(fā)展成為一種用來研究大腦皮層特性和腦功能的重要工具。更重要的是，TMS-EEG可以直接檢測TMS脈沖誘發(fā)的皮層信號并測定皮層的興奮性。TMS和EEG技術(shù)的發(fā)展將會使得二者融合變得更加簡便。在線或離線的噪聲處理方法也將促進科研工作者研究離TMS脈沖時間更近的腦電信息。此外，先進的EEG信號處理方法例如源定位方法的發(fā)展直接揭示了TMS下誘發(fā)腦電信號的傳導(dǎo)過程和各腦區(qū)之間的連接性。新的TMS范式的設(shè)計直接推進了皮層網(wǎng)絡(luò)機制的研究，特別是在皮層抑制和神經(jīng)元可塑性等方面。當(dāng)然，盡管最近十年里TMS與EEG技術(shù)得到迅猛地發(fā)展，但是還有很多工作需要開展。比如，為了進一步解釋TMS誘發(fā)EEG電位的原理，需要從微觀上結(jié)合分子學(xué)和藥理學(xué)的知識研究TMS對大腦調(diào)控的機理，深入理解TMS的腦調(diào)控效果在EEG信號上的反應(yīng)。在技術(shù)方面也需要開展更多具有創(chuàng)新的工作，例如具有更高聚焦性的線圈，更理想的假刺激和更有效的去噪方法。隨著TMS-EEG技術(shù)的發(fā)展和對TMS誘發(fā)信號的進一步研究，TMS-EEG技術(shù)將繼續(xù)提供更深的腦組織刺激，并更深層次地揭示腦皮層網(wǎng)絡(luò)的功能。

[1]Bocca F,Tollner T,M uller HJ,et al.The right angular gyrus combines perceptual and response-related expectancies in visual search：TMS-EEG Evidence[J].Brain Stimul,2015,8：816-822.

[2]Harrington RM,Chan E,Turkeltaub PE,et al.Sim ple partial status epilepticus one-day post single-pulse TMS to the affected hem isphere in a participant w ith chronic stroke[J].Brain Stimul,2015,8：682-683.

[3]Bembenek JP,Kurczych K,Czlonkowska A.TMS-induced motor evoked potentials in Wilson’s disease：a systematic literature review[J].Bioelectromagnetics,2015,36：255-266.

[4]Virtanen J,Ruohonen J,Naatanen R,et al.Instrumentation for the measurement of electric brain responses to transcranial magnetic stimulation[J].Med Biol Eng Comput,1999,37：322-326.

[5]Thut G,Ives JR,Kampmann F,et al.A new device and protocol for combining TMS and online recordings of EEG and evoked potentials[J].J Neurosci Methods,2005,141：207-217.

[6]M eyer BU,Roricht S.Scalp potentials recorded over the sensorimotor region follow ing magnetic stimulation over the cerebellum in man：considerations about the activated structures and their potential diagnostic use[J].J Neurol,1995,242：109-112.

[7]Iram ina K,Maeno T,Nonaka Y,et al.Measurement of evoked electroencephalography induced by transcranial magnetic stimulation[J].J Appl Phys,2003,93：6718-6720.

[8]Ives JR,Rotenberg A,Poma R,et al.Electroencephalographic recording during transcranial magnetic stimulation in humans and animals[J].Clin Neurophysiol,2006,117：1870-1875.

[9]Veniero D,Bortoletto M,M iniussi C.TMS-EEG co-registration：on TMS-induced artifact[J].Clin Neurophysiol,2009,120：1392-1399.

[10]Sekiguchi H,Takeuchi S,Kadota H,et al.TMS-induced artifacts on EEG can be reduced by rearrangement of the electrode’s lead w ire before recording[J].Clin Neurophysiol,2011,122：984-990.

[11]Veniero D,Maioli C,M iniussi C.Potentiation of short-latency cortical responses by high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation[J].J Neurophysiol,2010,104：1578-1588.

[12]Komssi S,Savolainen P,Heiskala J,et al.Excitation threshold of the motor cortex estimated w ith transcranial magnetic stimulation electroencephalography[J].Neuroreport,2007, 18：13-16.

[13]Kahkonen S,W ilenius J,Nikulin VV,et al.A lcohol reduces prefrontal cortical excitability in humans：a combined TMS and EEG study[J].Neuropsychopharmacology,2003,28：747-754.

[14]Kahkonen S,Kesaniem i M,Nikouline VV,et al.Ethanol modulates cortical activity：direct evidence w ith combined TMS and EEG[J].Neuro Image,2001,14：322-328.

[15]Tam HW,Webster JG.M inim izing electrode motion artifact by skin abrasion[J].IEEE Trans Biomed Eng,1977,24：134-139.

[16]Ilmoniem i RJ,Kicic D.Methodology for combined TMS and EEG[J].Brain Topogr,2010,22：233-248.

[17]Massim ini M,Ferrarelli F,Huber R,et al.Breakdown of cortical effective connectivity during sleep[J].Science,2005,309：2228-2232.

[18]Bender S,Basseler K,Sebastian I,et al.Electroencephalographic response to transcranial magnetic stimulation in children：Evidence for giant inhibitory potentials[J].Ann Neurol,2005,58：58-67.

[19]Litvak V,Kom ssi S,Scherg M,et al.A rtifact correction and source analysis of early electroencephalographic responses evoked by transcranial magnetic stimulation over primary motor cortex[J].Neuroimage,2007,37：56-70.

[20]Ham idi M,Slagter HA,Tononi G,et al.Brain responses evoked by high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation：an event-related potential study[J].Brain Stimul, 2010,3：2-14.

[21]Groppa S,Schlaak BH,M unchau A,et al.The human dorsal premotor cortex facilitates the excitability of ipsilateral primary motor cortex via a short latency cortico-cortical route[J].Hum Brain Mapp,2012,33：419-430.

[22]Wagner T,Rushmore J,Eden U,et al.Biophysical foundations underlying TMS：setting the stage for an effective use of neurostimulation in the cognitive neurosciences[J].Cortex,2009,45：1025-1034.

[23]Park HJ,Bonmassar G,Kaltenbach JA,et al.Activation of the central nervous system induced by micro-magnetic stimulation[J].Nat Commun,2013,4：2463.

Transcranial Magnetic Stimulation–Electroencephalogram Imaging System

BAI Yang1, LI Xiao-li2
1.School of Electric Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao Hebei 066004, China；2.National Key Laboratory of Cognitive Neuroscience and Learning, Beijing Norm al University, Beijing 100875, China

Transcranial magnetic stimulation（TMS）is a varying magnetic field generated by the transient discharge of the large capacitance under high voltage, which has been w idely applied in several neurophysiological researches, including excitability, inhibition and plasticity.Recently, TMS combined w ith electroencephalography（EEG）has become an important tool in exploring the function and activity of brain.The challenges and research advances of the TMS-EEG imaging system were introduced in this paper.

transcranial magnetic stimulation；electroencephalography brain；brain modulation

R318.6

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.12.002

1674-1633（2015）12-0005-05

2015-08-28

國家自然科學(xué)基金（61273063）。

李小俚，教授。

通訊作者郵箱：xiaoli@bnu.edu.cn