经颅磁刺激（TMS）的作用机制是什么？

调节大脑皮层兴奋性

高频rTMS通过兴奋性神经递质，激活突触后膜的离子通道，改变突触后细胞内的钙离子浓度，细胞内钙离子浓度具有频率依赖性，钙离子作为第二信使，启动细胞内一系列瀑布样生化改变，最后启动DNA转录，合成新的蛋白质，促成突触功能和结构的长时程增强（long-term potentiation, LTP），引起神经兴奋性增高。与之相反，低频rTMS刺激后导致突触前钙离子浓度减少，进而引起突触功能和结构的长时程抑制（long-term depression, LTD），引起神经兴奋性降低[1]。

影响神经可塑性变化

相关研究证据表明rTMS兴奋后的效应可以促进神经的生长和再生，下图中高频磁刺激增加了患侧前脑室下带及梗塞区域神经干细胞的迁移和再生[2]。同时rTMS也可以促进脑源性神经营养因子（BDNF）再生，BDNF对神经元的生长、出芽、合成代谢及调节传递呈正相关作用[3]。

改变脑血流量和代谢

多数研究表明rTMS能改变局部脑血流量及大脑皮质代谢水平。有研究显示，予健康人左额叶20Hz的重复经颅磁刺激，在短时间内能增快脑血流度，平均血流速度除左右大脑后动脉及椎动脉外，均有不同程度的增加，以左侧大脑前动脉及左侧大脑中动脉平均血流速度的增加尤为明显，提示rTMS对调节脑血流速度方面有一定作用[4]。

另一项研究中通过临床实验来验证了TMS对远隔部位血流代谢的作用，rTMS刺激左侧背外侧运动前皮层（dPMC）依然能够明显改变较大面积以及较远距离的皮层区域的血氧水平依赖（BOLD）信号，包括扣带回、腹侧前运动皮层、听觉皮层、尾状核、左侧颞叶、内侧膝状体、小脑[5]。

影响脑组织神经递质分泌 

rTMS可调节兴奋性、抑制性神经递质含量，刺激单胺类神经递质分泌，优化神经功能并降低全身炎症反应刺激神经因子的营养分泌。

一项实验研究发现经过低频rTMS治疗后患者血清单胺类神经递质：去甲肾上腺素（NE）、5-羟色胺(5-HT)、多巴胺(DA)含量增高，血清氨基酸类神经递质谷氨酸（Glu）、天冬氨酸(Asp)含量降低，甘氨酸（Gly）、γ－氨基丁酸(GAB)含量增高；血清神经功能指标脑源性神经营养因子（BDNF）含量增高，神经元烯醇化酶（NSE）含量变低[6]，因此经颅磁在治疗抑郁症时可以有效提高患者兴奋类激素的生成从而改善病情。

[1]Hess G , Donoghue JP. Long-term potentiation and long-term depression of horizontal connections in rat motor cortex[J]. Acta Neurobiologiae Experimentalis, 1996, 56(1):397-405.

[2] Jing L , Haiqing Z , Liying Z , et al. High-Frequency Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS) Improves Functional Recovery by Enhancing Neurogenesis and Activating BDNF/TrkB Signaling in Ischemic Rats[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2017, 18(2):455.

[3]Agnieszka B , Katz D M . Cellular Mechanisms Regulating Activity-Dependent Release of Native Brain-Derived Neurotrophic Factor from Hippocampal Neurons[J]. Journal of Neuroscience, 2002, 22(23):10399-10407.

[4]杨德本,谢建平,王晓明.重复经颅磁刺激对正常人脑血流灌注和速度的影响[J].中国临床康复, 2005, 9(37):2.

[5]Bestmann S , Jürgen Baudewig, Siebner H R, et al. BOLD MRI responses to repetitive TMS over human dorsal premotor cortex[J]. Neuroimage, 2005, 28(1):22-29.

[6]杨柳,刘玉山,吴宁渤,刘宏丽.低频重复经颅磁刺激对缺血+性脑卒中后抑郁患者血清神经递质、细胞因子的影响[J].海南医学院学报,2017,23(10):1434.