个体化神经调控 Neurolnavigation介绍

神经调控技术包括DBS, TMS, rTMS, tDCS等等。今天主要说一下TMS。
TMS全程经颅磁刺激，通过对头皮放置磁场线圈，可以定向的往局部头皮发送脉冲信号，抑制局部神经元活动。
TMS的优点是精准刺激，tDCS的优点是刺激范围比较宽泛。近期有研究说居家携带式的tDCS通过了2期临床试验。

目前TMS研究中，大家目前使用的是DLPFC，M1，SMA等这些部位。而有研究说明，个体精准定位的TMS靶向刺激，相较于固定刺激点（由群体平均而得出来），更具疗效优势。因此个体化的TMS靶向治疗也是近年的热点，这个也称为nerolnavigation，神经导航。

以杏仁核为例，杏仁核跟情绪调控有关系，包括开心、恐惧、愤怒等等。
抑郁症患者会出现杏仁核的脑功能被抑制，如果想提升杏仁核的脑功能活动，可以通过TMS刺激头部皮层区，这个区域需要是与杏仁核进行功能拮抗的区域，因此刺激该区域可以抑制该区域的脑功能活动，从而间接提升杏仁核的脑功能活动。

假设我们以PFC（前额叶）和杏仁核为例。整体思路是使用TMS刺激PFC，抑制PFC脑活动，从而提升杏仁核脑活动。
因此，首先以杏仁核作为种子点，计算PFC的FC map，找到最负的点，求其点坐标，即负向峰值坐标。推荐使用vertex级别的计算，而不是volume级别的计算，因为volume level该peak点可能会在靠近白质的地方，而vertex级别能确定peak点肯定在皮层上。
这个peak点虽然被定位，但其实我们还没办法直接刺激到，因为TMS线圈到皮层之间，还隔着脑脊液、头骨、皮肤等（忽略头发厚度），因此还要根据这个皮层peak点计算映射到头骨的点，即scalp点。这个过程可以使用SimNIBS，根据T1和T2重建颅骨，求得皮层到头骨的距离，软件会给出皮层peak点最近邻的scalp点。
有了scalp点，就可以进行TMS刺激了，可以使用一些德国公司的nerolnavigation仪器，比如BrainSight，localize等等。
首先将SimNIBS生成的头颅模型转换成BrainSight要求的格式，然后导入到BrainSight里面，再把scalp点的坐标输入进去，就可以操作TMS线圈实时定位头皮scalp点，对齐以后就可以手持TMS线圈进行刺激，当然每次开始进行刺激时，都要点一下记录当前实际刺激点，因为每个人都会手抖，可以根据实际刺激点和输入的预期刺激点，后期在分析过程中，计算两者差异和疗效差异有没有相关性。当然如果只是手抖，一般差距很小，基本不会特别影响临床疗效。

整个流程听起来简单，但是涉及的计算过程会有点繁琐。首先难点是需要通过个体的FCmap去计算个体的native peak点，其次难点是需要把native点转换到scalp点，这其中还会有一些情况，比如有一个MNI点，想看看疗效，因此需要把MNI点转换到个体空间，然后转换到scalp点去定位刺激。还有就是需要把native点转换到MNI空间，这样可以后期进行画图和报告。当然这些转换过程都可以在ants和SimNIBS软件中实现，非常精准。只不过使用ants转换时，要注意RAS和LPS方向，把x和y用0减一下。

当然还有一些细节问题，就是假如不想重建surface（因为recon-all太耗时），有没有近似方法呢？一种替代方法是，使用SimNIBS去生成native gray matter，然后把native FC map进行半径为1mm的线性投射，映射到native gray matter的vertex上，再把MNI空间的PFC转换到native space，限定在native PFC和gray matter中找到peak值的vertex位置，求得其坐标，即是peak点。

一个细节在于，推荐使用smooth以后的数据去计算FC map，因为我们毕竟是要找peak坐标，平滑后的数据会减少原始数据单个voxel的异常信号，所以平滑后找到的peak值更接近真实的FC功能连接情况。

另一个细节是，假如使用了recon-all，得到了native surface，需要注意RAS点投射到surface RAS的过程，毕竟freesurfer涉及到ITK坐标。这个可以通过freesurfer的转换矩阵计算，也可以通过直接读取white文件里面的vertex坐标。