经颅磁刺激对前扣带回个体化精准定位刺激及其对持续注意力的调控

Decreased sustained attention has been observed in multiple neuropsychiatric disorders. Dorsal anterior cingulate cortex (dACC) is one of the key regions for sustained attention. The current proposal includes 3 parts. (1) To precisely localize individual peak activation in the right dACC by using Go/No-Go fMRI paradigm of sustained attention; (2) Using the peak activation voxel as a seed and precisely localizing the peak voxel which has the strongest functional connectivity (FC) with the peak activation voxel in the surface of the right pre-supplementary motor cortex (pre-SMA) individually; (3) Taking the peak FC voxel in the right pre-SMA as the "stimulation target" and using low frequency (1 Hz) and high frequency (20 Hz) repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to affect the peak activation voxel of the right dACC (namely "effect target") and to investigate changes of resting-state brain activity as well as behavioral performance of sustained attention induced by different frequencies of rTMS. In brief, combining individualized precise localization of activation in task fMRI and the peak voxel of functional connectivity in resting-state fMRI to guide the individualized stimulation target of rTMS, the present proposal aims to modulate the deep brain activity in the dACC and to modulate the behavioral performance of sustained attention via stimulating the cortical surface. The results will provide the therapeutic basis of sustained attention deficits using TMS.

持续注意力减低是许多神经精神障碍的认知症状。背侧前扣带回（dACC）是持续注意的主要加工脑区之一。本项目研究内容包括：1）采用持续注意的常用认知实验范式Go/No-Go任务fMRI，个体化定位右侧dACC最大激活体素；2）以此为种子点，在静息态fMRI数据上进行个体化功能连接分析，找出右侧辅助运动前区皮层表面最显著的功能连接脑区的精准位置；3）采用低频（1 Hz）和高频（20 Hz）重复经颅磁刺激（rTMS）作用于右侧辅助运动前区的最大功能连接体素（称为“刺激靶点”），通过功能连接作用于深部右侧dACC的最大激活点（“效应靶点”），比较不同频率刺激导致的脑活动变化和持续注意力的行为学变化。总之：通过个体化激活区及个体化功能连接的精准定位，指导个体化rTMS精准刺激。本研究以皮层表面的无创脑刺激调控深部dACC的脑神经活动及认知功能为目标，并为持续注意力障碍的TMS治疗研究提供基础。

目前临床使用重复经颅磁刺激（rTMS）治疗神经精神疾病的疗效都不理想，其原因主要是刺激靶点的选择和定位，及刺激参数的选择。探索有针对性的刺激靶点和刺激参数，及其作用的病理生理机制，建立个体化精准定位rTMS技术和评估疗效的方法，对于临床治疗具有重要意义。本项目提出，功能磁共振成像（fMRI）定义的刺激靶点因与特定功能脑区具有更强的功能连接，因此与通过结构定位的传统靶点相比，能更有针对性地调控脑功能；进一步研究刺激了fMRI定义的靶点，在远隔脑区测得了精确定位的调控效果，提出常用的功能连接指标不能精确反应受调控脑区的变化，可能只是起到“桥梁”作用将rTMS的影响传递至远隔脑区，局部脑功能变化才是调控的目的；额叶靶点能通过功能连接有效调控背侧前扣带回（dACC）的功能，为临床干预注意缺陷多动障碍提供证据和支持；为提供客观的rTMS疗效影像学评估手段，通过可重复性研究验证了百分比振幅（PerAF）指标对于评估刺激效果更敏感可靠；通过验证经典文献中rTMS的效应脑区，提出除了经典的膝下前扣带回（sgACC）外，膝前前扣带回（pgACC）可能是东亚人群抑郁症的效应脑区。本项目从脑认知功能角度、从临床实际出发，定义rTMS治疗靶点及效应脑区以取代科学研究及临床实践中既往使用的解剖定位甚至头皮定位方式；验证局部脑功能观测指标为临床提供客观评估手段，提高rTMS临床疗效，拓宽临床评价体系。