BACKGROUND Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a rapidly expanding technology utilized in research and neuropsychiatric treatments. Yet, conventional TMS configurations affect primarily neurons that are aligned parallel to the induced electric field by a fixed coil, making the activation orientation-specific. A novel method termed rotational field TMS (rfTMS), where two orthogonal coils are operated with a 90° phase shift, produces rotation of the electric field vector over almost a complete cycle, and may stimulate larger portion of the neuronal population within a given brain area. OBJECTIVE To compare the physiological effects of rfTMS and conventional unidirectional TMS (udTMS) in the motor cortex. METHODS Hand and leg resting motor thresholds (rMT), and motor evoked potential (MEP) amplitudes and latencies (at 120% of rMT), were measured using a dual-coil array based on the H7-coil, in 8 healthy volunteers following stimulation at different orientations of either udTMS or rfTMS. RESULTS For both target areas rfTMS produced significantly lower rMTs and much higher MEPs than those induced by udTMS, for comparable induced electric field amplitude. Both hand and leg rMTs were orientation-dependent. CONCLUSIONS rfTMS induces stronger physiologic effects in targeted brain regions at significantly lower intensities. Importantly, given the activation of a much larger population of neurons within a certain brain area, repeated application of rfTMS may induce different neuroplastic effects in neural networks, opening novel research and clinical opportunities.

中文翻译：

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旋转场 TMS：与基于手和腿运动皮层运动诱发电位和阈值的传统 TMS 的比较

背景技术经颅磁刺激（TMS）是一种用于研究和神经精神治疗的快速扩展技术。然而，传统的 TMS 配置主要影响通过固定线圈与感应电场平行排列的神经元，使激活方向特定。一种称为旋转场 TMS (rfTMS) 的新方法，其中两个正交线圈以 90° 相移操作，在几乎一个完整的周期内产生电场矢量的旋转，并且可以刺激给定大脑内的大部分神经元群区域。目的比较 rfTMS 和传统单向 TMS (udTMS) 在运动皮层的生理效应。方法 手和腿静息运动阈值 (rMT) 和运动诱发电位 (MEP) 振幅和潜伏期（rMT 的 120%），使用基于 H7 线圈的双线圈阵列测量 8 名健康志愿者在 udTMS 或 rfTMS 的不同方向刺激后。结果对于两个目标区域，rfTMS 产生的 rMT 显着低于 udTMS 诱导的 rMT 和高得多的 MEP，对于可比较的感应电场幅度。手和腿 rMTs 都依赖于方向。结论 rfTMS 在显着较低的强度下在目标大脑区域诱导更强的生理效应。重要的是，鉴于某个大脑区域内大量神经元的激活，重复应用 rfTMS 可能会在神经网络中引起不同的神经可塑性效应，从而开辟新的研究和临床机会。在 udTMS 或 rfTMS 的不同方向刺激后的 8 名健康志愿者中。结果对于两个目标区域，rfTMS 产生的 rMT 显着低于 udTMS 诱导的 rMT 和高得多的 MEP，对于可比较的感应电场幅度。手和腿 rMTs 都依赖于方向。结论 rfTMS 在显着较低的强度下在目标大脑区域诱导更强的生理效应。重要的是，鉴于某个大脑区域内大量神经元的激活，重复应用 rfTMS 可能会在神经网络中引起不同的神经可塑性效应，从而开辟新的研究和临床机会。在 udTMS 或 rfTMS 的不同方向刺激后的 8 名健康志愿者中。结果对于两个目标区域，rfTMS 产生的 rMT 显着低于 udTMS 诱导的 rMT 和高得多的 MEP，对于可比较的感应电场幅度。手和腿 rMTs 都依赖于方向。结论 rfTMS 在显着较低的强度下在目标大脑区域诱导更强的生理效应。重要的是，鉴于某个大脑区域内大量神经元的激活，重复应用 rfTMS 可能会在神经网络中引起不同的神经可塑性效应，从而开辟新的研究和临床机会。对于可比较的感应电场幅度。手和腿 rMTs 都依赖于方向。结论 rfTMS 在显着较低的强度下对目标大脑区域产生更强的生理作用。重要的是，鉴于某个大脑区域内大量神经元的激活，重复应用 rfTMS 可能会在神经网络中引起不同的神经可塑性效应，从而开辟新的研究和临床机会。对于可比较的感应电场幅度。手和腿 rMTs 都依赖于方向。结论 rfTMS 在显着较低的强度下在目标大脑区域诱导更强的生理效应。重要的是，鉴于某个大脑区域内大量神经元的激活，重复应用 rfTMS 可能会在神经网络中引起不同的神经可塑性效应，从而开辟新的研究和临床机会。