在成癮研究領(lǐng)域，尋找客觀、可量化的神經(jīng)指標(biāo)一直是重要挑戰(zhàn)。西湖大學(xué)最新研究提供了一種創(chuàng)新路線——結(jié)合重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（rTMS）與高時間分辨率EEG頻譜分析，識別甲基苯丙胺依賴個體的神經(jīng)特征。
研究亮點
多模態(tài)測量，結(jié)合神經(jīng)調(diào)控與神經(jīng)監(jiān)測：在rTMS調(diào)節(jié)大腦皮層興奮性，并在干預(yù)前后記錄EEG頻譜，通過誘發(fā)態(tài)而非靜息態(tài)捕捉更穩(wěn)定的神經(jīng)差異。
摘要
本研究旨在探索利用腦電（EEG）信號評估重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（rTMS）對甲基苯丙胺（METH）成癮者作用的可行性。研究采集了20名METH依賴者在rTMS前后，以及20名健康個體觀看METH相關(guān)與中性圖片時的EEG，并計算各子頻段的相對頻帶功率（RBP）。結(jié)果顯示，rTMS后METH成癮者的 alpha、beta 與 gamma 頻段 RBP 明顯向健康組靠近。隨機(jī)森林分析進(jìn)一步表明，gamma 頻段 RBP 是區(qū)分 rTMS 前的成癮者與健康組的最優(yōu)特征，分類準(zhǔn)確率可達(dá) 90%；rTMS 后的分類性能下降，提示兩組腦電特征趨于一致。特征重要性分析指出，TP10 與 CP2 通道的 gamma RBP 在分類中最具貢獻(xiàn)。
綜上，METH 線索誘發(fā)下的 gamma RBP 可作為識別成癮狀態(tài)和評估 rTMS 效果的潛在生物標(biāo)志物，并有望用于定制化閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)的實時反饋參數(shù)設(shè)計。
1.方法
實驗過程中使用 Brain Products EEG 系統(tǒng)（國內(nèi)由瀚翔腦科學(xué)獨家代理），配備 actiCHamp Plus 放大器 和 actiCAP slim 主動電極。參考電極置于 Fz，接地電極置于 Fpz，形成 31 通道記錄。EEG 以 500 Hz 采樣率記錄。在評估日（第 1 天和第 13 天），被試完成 藥物渴求DDQ、抑郁BDI、焦慮BAI 和 睡眠PSQI 四份量表。
rTMS 治療每日一次，共十天，采用間歇性 Theta 脈沖刺激（iTBS） 模式，刺激強度為主動運動閾值（AMT）的 80%，重復(fù)頻率 10 Hz，5 秒刺激/10 秒間歇，總時長 10 分鐘，共 2000 脈沖。刺激位置通過 Beam-F3 方法 定位于左側(cè)背外側(cè)前額葉（DLPFC），距運動閾值確定位置前方 5 cm。
實驗中 EEG 記錄分為三階段：Session 1：靜息期（10 分鐘閉眼但不入睡）；Session 2：圖像刺激呈現(xiàn)，隨機(jī)展示 15 張 METH 相關(guān)圖片和 15 張中性圖片，每張顯示 7 秒，隨后進(jìn)行 7 秒自評渴求評分，休息期間注視屏幕中央 “+” 號，30 個試次完成后進(jìn)行 10 分鐘靜息（Session 3）。中性圖片選擇與藥物相關(guān)圖片內(nèi)容相關(guān)，如物體、動作、手部及面部表情，并按數(shù)據(jù)庫渴求評分均勻選取。
圖1：實驗方案
2.數(shù)據(jù)分析
EEG 數(shù)據(jù)預(yù)處理后，計算相對頻帶功率（RBP）：將 1–44 Hz 的絕對功率（ABP）按頻段比例標(biāo)準(zhǔn)化，得到五個子頻段的 RBP：Delta（1–4 Hz）、Theta（4–8 Hz）、Alpha（8–13 Hz）、Beta（13–30 Hz）、Gamma（30–44 Hz）。每個通道的 15 個試次 RBP 取平均，同一腦區(qū)的通道平均值進(jìn)一步得到腦區(qū) RBP，全腦 31 通道平均值則用于整體指標(biāo)。此外，為分析時間動態(tài)響應(yīng)，將最后階段 epoch 重定義為 3.5 秒，計算刺激前、刺激中（分兩階段）及刺激后的 RBP 變化。
在機(jī)器學(xué)習(xí)分析中，分別拼接每位被試的藥物及中性線索試次。使用隨機(jī)森林（RF）算法進(jìn)行分類（100 棵決策樹，Gini 損失函數(shù)），特征包括 31 個通道 RBP、7 個腦區(qū) RBP 和全腦平均 RBP。對每個子頻段分別分類，并將五個子頻段取平均進(jìn)行整合分類，避免不同特征數(shù)量對模型影響。分類采用五折交叉驗證，以 F1-score 評估性能。特征重要性通過 SHAP 和 平均不純度減少（MDI） 評估，揭示 31 個 gamma 頻段 EEG 通道在區(qū)分 干預(yù)前 與 HC 中的關(guān)鍵作用。
3.研究結(jié)果
EEG 特征顯示rTMS干預(yù)的有效性：
rTMS 干預(yù)后，METH 依賴者的 alpha、beta 和 gamma 波 RBP 與健康對照組(HC)更加接近，相比治療前(干預(yù)前)，表明rTMS能在神經(jīng)活動水平上部分恢復(fù)腦功能。EEG 功率拓?fù)鋱D顯示，干預(yù)后 在這些頻段的分布更類似健康個體的式。
圖2：刺激前后 RBP 的變化
相對頻帶功率(RBP)作為生物標(biāo)志物：
使用隨機(jī)森林(RF)分類，發(fā)現(xiàn) gamma頻段 RBP 是區(qū)分 干預(yù)前與 HC的最優(yōu)特征，分類準(zhǔn)確率達(dá)到 90%。干預(yù)后 與 HC的分類性能低于干預(yù)前與HC，說明 rTMS 對腦電特征的調(diào)節(jié)效果可以通過 gamma頻段的RBP 來驗證。
關(guān)鍵腦區(qū)的作用
在藥物相關(guān)線索呈現(xiàn)時，TP10和CP2 通道的 gamma頻段的RBP 對 干預(yù)前 與 HC 的分類貢獻(xiàn)最大，表明這些腦區(qū)在 METH 渴求的神經(jīng)表征中具有重要作用。
圖3：接收藥物相關(guān)線索時，各頻段 RBP 的頭皮分布圖
圖4：干預(yù)前、干預(yù)后 和 HC 在頂葉與顳葉的相對功率譜
表1：機(jī)器學(xué)習(xí)分類結(jié)果
4.科學(xué)意義
這項研究提供了成癮人群神經(jīng)功能異常的“可測量窗口”——不僅揭示甲基苯丙胺對皮層功能網(wǎng)絡(luò)的深層影響，也展示了rTMS-EEG在成癮識別、療效評估與個性化干預(yù)中的潛力：
成癮診斷的輔助生物標(biāo)記
個體化rTMS治療的靶點篩查
戒斷過程中的神經(jīng)恢復(fù)監(jiān)測
臨床/司法系統(tǒng)中的成癮行為風(fēng)險評估工具
聲明
本文由瀚翔腦科學(xué)-科教支持部整理，歡迎批評指正。
參考文獻(xiàn)：
Zeng, Z., Chen, Y. H., Gao, X., Zheng, W., Wu, H., Zhu, Z., ... & Sawan, M. (2025). Repetitive TMS-based Identification of Methamphetamine-Dependent Individuals Using EEG Spectra. IEEE Sensors Journal.
