重复经颅磁刺激(rTMS)已被用于多种神经系统疾病的替代治疗。然而，大多数啮齿类动物的TMS机制研究都是基于全脑刺激，缺乏针对啮齿类动物的特异性高聚焦的TMS线圈，这也大大限制了将人类TMS的治疗方案转化到动物模型中。本研究设计了一种新型的高磁导率材料屏蔽装置，以增强动物用TMS线圈的空间聚焦性。我们首先采用了有限元法分析对有无屏蔽装置的TMS线圈的电磁场分布进行比较。其次，利用免疫荧光c-Fos染色和fMRI扫描进一步在体验证了屏蔽装置的有效性。仿生模拟数据结果显示：在相同的核心刺激强度下，屏蔽装置实现了更小的聚焦，包括1 T磁场分布直径由19.1 mm缩小至13 mm，深度由7.5 mm减少至5.6 mm，但在中心区域1.5 T磁场分布大小基本相同。电场分布面积由4.68 cm2减小至4.19 cm2，深度由3.8 mm减少至2.6 mm，电场中心区域的强度减少约30%。大鼠在体验证的结果与仿生模拟数据一致，使用屏蔽装置后，大鼠大脑皮层c-Fos的表达、ALFF和ReHo值显示出更有限的皮质激活区域。总体而言，屏蔽装置有效的提高了TMS线圈的空间聚焦性，使45mm直径的TMS线圈的刺激直径缩小到了6 mm。该屏蔽装置为TMS用于啮齿类动物的研究提供了有用的工具。
研究结果《Design and evaluation of a rodent-specific focal transcranial magnetic stimulation coil with the custom shielding application in rats》于2023年4月在线发表于Frontiers in Neuroscience杂志。
图1 TMS刺激模式和屏蔽装置图
(A)屏蔽装置；(B)TMS线圈；(C)TMS线圈+屏蔽装置；(D)大鼠头部TMS刺激位点；(E-F)TMS刺激示意图。
图二 磁场分布图
(A,C)无屏蔽装置的TMS线圈磁场分布；(B,D)有屏蔽装置的TMS线圈磁场分布。
图3 电场分布图
(A,C,E)无屏蔽装置的TMS线圈电场分布；(B,D,F)有屏蔽装置的TMS线圈磁电分布。
图4 大鼠皮层c-Fos染色图
(A)左右两侧皮层三个不同区域；(B)Sham组皮层c-Fos染色；(C)rTMS组皮层c-Fos染色；(D)rTMS+屏蔽组皮层c-Fos染色。
图五 fMRI扫描图
(A)Sham组与rTMS组的ALFF和ReHo值分析；(B)Sham组与rTMS+屏蔽组的ALFF和ReHo值分析；(C)rTMS组与rTMS+屏蔽组的ALFF和ReHo值分析。
原文链接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2023.1129590/full
