場可穿透非導體的特性，穿過顱骨送入腦
http://www.ym.edu.tw/cnl/summerschool/maggie.pdf,
TMS 簡介： 歷史： 過去一百年來，精神科醫師常用電刺激療法（electroconvulsive therapy, ECT） 來治療憂鬱、躁症等患者，每次施行 ECT 治療需要先將病患麻醉，再將電極貼 於頭皮上，在治療的數週間，病患會有記憶的喪失的情況。此外，受顱骨的阻礙， ECT 並不能準確的將刺激電流送入特定的腦區，反而是將刺激電流擴散到整個 腦部。相較於 ECT，穿顱磁刺激器（transcranial magnetic stimulation, TMS），具 有無痛、非侵入性及較能準確定位的特性，TMS 將電流轉換為磁場，再利用磁
場可穿透非導體的特性，穿過顱骨送入腦中，在相對位置下的數公分處，產生感 應電流。 TMS 在認知神經科學領域的發展，是從 Michael Faraday（1831）提出電磁 共生的理論（electromagnetic induction）開始，他指出磁場的變化可以產生感應 電流，加上 Du Bois-Reymond（1848）直接將電流連接到神經細胞，會引發神經 細胞活動，這個發現讓我們知道神經細胞的活化與電流有關。而 David Ferrier （1875）更進一步利用電流刺激狗及猴子的大腦，找出腦中某些特殊區域與行為 的相關性。d’Arsonval（1896）應用上述發現，直接利用磁刺激的方式刺激視網 膜，發現會產生光幻視（phosphenes）現象，這是利用磁生電原理得到第一個生 理上的效果。此外，Polson 等人（1982）也利用磁刺激器（magnetic stimulator）， 刺激周邊神經，並且記錄到 muscle evoked potential (MEP)。Barker 等人（1985） 更進一步的改良磁刺激器的設計，使得該儀器的能量轉換效率由 20%增加至 80%，因此他們想到運用這種儀器來直接刺激大腦，直接利用磁脈衝的方式，刺 激人類大腦運動皮質，成功的引發手部動作，並且記錄到手部肌肉動作電位變 化。由於 Barker 等人成功的利用磁刺激方式，刺激大腦皮質，使得 TMS 相關研 究迅速展開。
磁刺激原理（Principles of Magnetic Stimulation） ： 由於大腦中的神經是藉由電流來傳遞訊息，穿顱磁刺激就藉助這個特性，利 用電流流經 TMS 的銅線圈，會先轉變成磁能，這個強大且快速變化的磁場穿透 過皮膚及頭骨，直接對腦中特定區域發出強力但短暫的磁性脈衝，在人腦的神經 線路上引發微量的電流。雖然電磁場的強度可高達 1.5 特士拉（tesla，為磁通量 密度單位）磁場強度的磁脈衝，是地球磁場的三萬倍，但每個脈衝只持續不到幾 毫秒，沒有攜帶多少能量。加上磁場強度會隨著距離增加而快速下降，因此只能 穿越 2-3 公分的大腦外層皮質。當準確定位的磁場抵達時，會引發附近神經元產 生小幅的電流，興奮了腦中的特定目標區域。 Magnetic nerve stimulator包括二個部分，一是 高電流脈衝產生器（high current pulse generator）可以發射出高至 8000 安培的電流，二是刺激線圈（coil）。刺激 線圈的內部是由銅線繞成環狀，加上溫度感應器及安全開關，外面是以塑膠材質 覆蓋（Reza Jalinous, 1998）。 線圈又可分為單環線圈（single circular coil）及雙環線圈（double circular coil） （圖 1.），單環線圈正中央的感應電流是 0，感應電流最大值是在中央點外圍 50mm。而雙環線圈正中央的感應電流是最大值（圖 2.）。 常用的 TMS 系統包括 Magstim、NeoTonus 及 Medtronic 系統，以 Magstim 系統為例，其電容器（capacitor），可儲存高達 2800 伏特（volts），當電容器接 到 trigger input signal，此時儲存在電容器的能量就會送到刺激線圈。電容器開關 （Thyristors）可以在數毫秒內，產生強大電流。發射的電流可分為 monophasic, biphasic & polyphasic（圖 3.）：
1. monophasic 的優點是可以減少線圈內熱量的浪費，降低噪音，減少刺激雜訊 以及增加刺激準確度。 2. biphasic 的優點是適合 bilateral cortical stimulation，但是準確度較 monophasic 低。 3. polyphasic 的優點也是適合 bilateral cortical stimulation，但是雜訊高，易生熱， 準確度也較 monophasic 低。 (可參考 http://www.biomag.hus.fi/tms/Thesis/dt.html#1) TMS 的施行方式可分為下列二種： 1. 單一磁性脈衝（single-pulse）的 TMS 只能產生即時的效果，例如，將單一磁 性脈衝送入受試者腦中的運動皮質，依線圈放置位置的不同，只能造成受試 者手部、手臂或腿部產生短暫的抽搐動作（Reza Jalinous, 1998）。 2. 反覆 TMS（repetitive TMS, rTMS）是以連續且帶有規律的磁性脈衝引起行為 的改變，這種行為效果與單一磁性脈衝不同，在進行 rTMS 的短時間內，rTMS 能夠阻斷或抑制某個大腦的功能，例如，重複刺激在控制語言的運動區上， 可造成受試者暫時無法說話。藉由這種暫時性損害大腦中某一區域功能的方 法，讓我們可以重新檢視過去從腦傷病人身上所得來的知識。rTMS 依刺激 頻率可分為 Low-frequency TMS: < 1 Hz，以低頻的電訊刺激神經元，造成「長 期壓抑」（long-term depression, LTD）的現象，降低了細胞之間聯繫的效率， 以及 High-frequency TMS: >1 Hz，是以較高頻的電訊刺激產生興奮效果，亦 即產生「長期增益」 （long-term potentiation, LTP）。rTMS 嘗試以類似 LTD 或 LTP 的方式來改變大腦路線，造成神經細胞網路的抑制或興奮，這個效果可 以持續數分鐘到數個小時之久，也讓我們開始思考如何藉由 rTMS 來重新塑 造大腦路線。為了進一步瞭解 rTMS 對於腦中線路的影響，Bohning 等人 （1998）等人希望發展出能夠同時進行 rTMS 及功能性磁造影（fMRI）掃瞄 的方法，以及 Paus 等人（1997）結合了 TMS 及正子照影（PET），讓我們準 確的知道刺激到大腦哪一個區域，以及 rTMS 刺激前後的神經線路的改變為 何。由於 TMS 與先進的腦照影技術的結合，讓我們從過去被動的方式改為主 動的方式來瞭解認知神經科學這個領域。 目前 TMS 主要應用在探討大腦可塑性（ brain plasticity）、語言、運動、計算” 神經傳導時間”（conduction velocity changes）、視知覺（visual perception）及精 神疾病（例如，憂鬱、焦慮、精神分裂）等問題。在使用 TMS 的安全性問題上， TMS 並不會產生長期神經心理上的效果（long-term neuropsychological effects）， 過去研究指出 single-pulse TMS 並不會產生副作用，可是有一些研究指出 rTMS 對於一些受試者可能會產生痙攣，這些受試者通常是在治療憂鬱症時，並且有癲 癇的家族史。此外，服用抗憂鬱劑患者、心臟病患者皆不能接受 TMS 刺激。若 想要知道更多、更詳細的資料，可參考 Reza Jalinous 編寫 TMS 指導手冊（Guide to Magnetic stimulation）及Wassermann（2002）在Handbook of transcranial magnetic stimulation 的第四章。
TMS 使用事項相關網站 http://www.ists.unibe.ch http://www.psycom.net/depression.central.transcranial.html http://members.aol.com/mag stim/
A
B
圖 1. A 為單環線圈及磁場強度 3D 圖。B 為雙環線圈及磁場強度 3D 圖。
圖 2. 單環線圈及雙環線圈感應電流強度。
A
B
C
圖 3. 電容器發射電流型態，monophasic（A）, biphasic（B） & polyphasic（C）。
Reference
Barker A. T., Jalinous R. & Freeston I.L.(1985). Non-invasive magnetic stimulation of the human motor cortex. Lancet 1, 1106-1107.
Bohning, D. E., Shastri, A., Nahas, Z., Lorberbaum, J. P., Andersen, S. W., Dannels, W. R., Haxthausen, E. U., Vincent, D. J. & George, M. S. Echoplanar BOLD fMRI of brain activation induced by concurrent transcranial magnetic stimulation. Invest. Radiol. 1998 Jun; 33(6): 336-340.
D’Arsonval A. (1896). Dispositifs pour la mesure des courants alternatifs de toutes frequencies. CR Societe Biologique (Paris), May, 2,450-451.
Faraday M. (1831). Effects on the production electricity from magnetism, in Michael
Faraday. Edited by Williams LP. New York, Basic books, 1965, 531-540.
Paus T., Jech R., Thompson C.J., Comeau R., Peters T. & Evans AC. (1997). Transcranial magnetic stimulation during positron emission tomography: a new method for studying connectivity of the human cerebral cortex. J Neurosci. 17(9), 3178-84.
Polson M.J.R., Barker A. T. & Freeston I. L. (1982). Stimulation of nerve trunks with time-varying magnetic fields. Med. Biol. Eng. Comput. 20, 243-244.
Reza Jalinous（1998）.Guide to Magnetic stimulation. www.psicomag.com/biblioteca/Guia%20MagSrtim/mguide.pdf
Walsh V. & Cowey. A. (2000). Transcranial magnetic stimulation and cognitive neuroscience. Nature reviews neuroscience. 1, 73-79.
科学家发现白矮星极端磁场中存在另类化学键_科技_腾讯网
无机化学教学课件6.2 核磁共振谱修改_百度文库
wenku.baidu.com/view/49201c16fad6195f312ba6e4.html
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